Substrate合约合约摘要

前言

《Substrate合约》用于介绍与Substrate中的合约体系相关的一系列知识。 本书由Patract()主导，Aten()编写。 这本书的仓库位于(opens new window)。 欢迎有志之士为本书投稿。

本书目前主要以介绍Pallet-Contracts（即Wasm合约）为主体。 因此本书包含：

其中，由于Pallet-EVM（即EVM/Solidity系统的合约）在以太坊生态中的信息较为丰富，因此在本合约书中不作为重点讲解。 其他合约系统如Pallet-Actor，或者Libra移植合约平台都处于比较早期的研究阶段，因此不会成为本书的重点。

为了让合约开发者更好地理解 Pallet-Contracts 模块和 Wasm 合约是如何运作的，本书还将涉及一些 Wasm 和区块链合约模型的介绍。

合同概览

区块链运行合约的模型，本质上可以认为是“区块链环境（分布式共识系统）”+“可以运行一段逻辑的平台”，例如：

因此，一般来说，我们可以将区块链模型拆分为：

但是由于区块链系统的特性，要求对于相同的代码，相同的状态，执行结果必须是一致的。 因此，在提供“链上业务逻辑”层面，为了保证执行结果的一致性，要求整个运行环境必须是“无副作用”的，这样运行的结果才会不会因为运行节点不一致而导致不一致（意思是不是同一个节点）。

因此，为了保证这个特性，大部分区块链都会采用沙盒/虚拟机模型加上一些裁剪功能来实现。

“运行合约的平台”是一条链的业务逻辑，可以在这个业务逻辑上运行的代码是公开的，合约的内容不受链本身控制。 因此，针对这种情况，需要一个“沙盒”环境来隔离各种合约的运行。

什么是沙箱（虚拟机）？

“沙箱”在计算机领域的概念非常宽泛，而在区块链中，一般来说，沙箱会由虚拟机运行（因为使用虚拟机模拟沙箱环境是最简单的）。

因此，不同的链会使用不同的虚拟机来运行合约的沙箱：

Gavin Wood撰写的黄皮书提出了EVM的模型，创建了EVM虚拟机的概念，并制定了EVM的OP_CODE。 之后，Solidity被设计并编译为OP_CODE，从而以太坊整个生态应运而生。 相当于以太坊处理区块链的合约沙盒模型，从零到一搭建所有设施。 所以Solidity的语法和EVM能做的事情相对于现在的区块链来说是非常粗糙的（比如Solidity的语法，EVM的栈深度限制等），但是作为先行者，它创造了区块链合约虚拟机模型。

作为联盟链，在使用场景上不同于公有链。 因此，Fabric 提出了链码的概念，并在 Docker 中运行链码。 Docker 是一个相对较重的虚拟机（与 EVM 相比）。 因此，与EVM相比，Fabric的链码比Solidity可以做更多的事情。 当然，它的运行成本要高于EVM。 很多。

EOS采用Wasm作为合约虚拟机，这也是当时EOS的卖点。 与运行 Solidity 的 EVM 相比，EOS 的 Wasm 虚拟机运行效率要高得多，使用 C++ 作为编译为 Wasm 的语言也自然拉近了很多传统开发者的距离。 EOS 作为 Wasm 虚拟机的先行者，当时 EOS 已经展示了 Wasm 相对于 EVM 的优势，但是由于其合约模型（见下一章）设计上的缺陷以及当时环境的限制，而EOS并不是真正的首选 由于中心化系统，EOS没有充分发挥Wasm合约系统的能力。

Pallet-Contracts 使用 Wasm 虚拟机来运行合约，出于安全考虑，目前仅使用 Wasmi 解释器来执行 Wasm。 但它的合约模型类似于 EVM（见下一节）。 Wasm 虚拟机和 EVM 还具有启动快、用完即弃、高性能和高扩展性等特点，不像 Docker 和 JVM 那样体积太大。 因此EVM可以运行比特币脚本吗，Wasm 在比浏览器环境更多的场景中慢慢被采用，比如边缘计算、热更新等等。 因此EVM可以运行比特币脚本吗，目前越来越多的新区块链在需要沙盒环境时，都以Wasm虚拟机作为主要解决方案。 另一方面，Wasm 还具有从不同语言编译为 Wasm 的特性，例如 Rust、AssemblyScript、C++ 等，可以吸引各种开发者加入到合约开发过程中。

其他区块链也会有自己的解决方案，以实现这个“沙盒”目标。 有的联盟链使用量身定制的JVM，有的公链使用RISC-V虚拟机，有的链使用原生从零设计虚拟机（比如Libra）。 这些解决方案各有各的需求和特点，但从模型的角度来看，无论是什么解决方案，其最终目标都是提供一个虚拟机环境来运行合约沙箱。

运行合约的沙箱

上述链的大部分业务逻辑都会运行在沙箱系统中，“运行合约”的业务逻辑需要沙箱隔离。 另一方面，Substrate的Runtime是一个沙箱环​​境（运行在Wasm中），所以在Substrate的合约模块（Pallet-EMV、Pallet-Contracts）中，需要在一个沙箱环​​境中运行另一个沙箱，如下所示数字：

在：

注解

1、Wasmtime是一个实现JIT的Wasm虚拟机，Wasmi是一个纯解释器型的Wasm虚拟机。

2. Wasmtime 的执行效率远高于Wasmi。

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