超級(jí)鏈智能合約的性能特點(diǎn)詳細(xì)介紹

關(guān)注區(qū)塊鏈的人，經(jīng)常會(huì)聽到有關(guān)“智能合約”的討論。智能合約允許在沒(méi)有第三方的情況下進(jìn)行可信交易，這些交易可追蹤且不可逆轉(zhuǎn)，是區(qū)塊鏈技術(shù)的關(guān)鍵。百度超級(jí)鏈在智能合約上也進(jìn)行了深入研發(fā)，實(shí)現(xiàn)高性能，且支持多種語(yǔ)言編寫，大大提高合約使用效率。

本期超級(jí)鏈學(xué)院線上微課堂就帶你突破以往智能合約的性能極限！明星講師超哥將主要圍繞以下幾點(diǎn)展開：

1.超級(jí)鏈智能合約有哪些特點(diǎn)？

2.超級(jí)鏈智能合約與以太坊的異同點(diǎn)？

3.超級(jí)鏈智能合約執(zhí)行的運(yùn)行模式是怎樣的？

4.超級(jí)鏈智能合約如何做到高性能？

5.超級(jí)鏈智能合約能為開發(fā)者提供的能力？

快來(lái)繼續(xù)往下看吧！

Q1：什么是智能合約？

智能合約（英語(yǔ)：Smart contract ）是一種旨在以信息化方式傳播、驗(yàn)證或執(zhí)行合同的計(jì)算機(jī)協(xié)議。智能合約允許在沒(méi)有第三方的情況下進(jìn)行可信交易，這些交易可追蹤且不可逆轉(zhuǎn)。智能合約概念于1995年由Nick Szabo首次提出。

智能合約的目的是提供優(yōu)于傳統(tǒng)合約的安全方法，并減少與合約相關(guān)的其他交易成本。

Q2：超級(jí)鏈的智能合約有什么特點(diǎn)

1.多語(yǔ)言支持，支持C++/Go等高級(jí)語(yǔ)言。

2.高性能，獨(dú)創(chuàng)的XuperModel數(shù)據(jù)模型來(lái)最大化合約并行執(zhí)行能力。

3.安全，支持合約資源審計(jì)以及屏蔽操作系統(tǒng)接口，保證合約安全。

4.可擴(kuò)展性，可以擴(kuò)展合約的多語(yǔ)言以及鏈上資源的訪問(wèn)能力。

5.隔離性， 不同合約調(diào)用之間互不影響。

確定性，同樣的參數(shù)和環(huán)境下得到一致的結(jié)果。

Q3：超級(jí)鏈智能合約跟hyperledger fabric合約的異同點(diǎn)

相同點(diǎn)：

1.超級(jí)鏈和fabric的智能合約都使用了兩階段提交的預(yù)執(zhí)行模型，最大化的并發(fā)合約的執(zhí)行

2.超級(jí)鏈和fabric都可以使用高級(jí)語(yǔ)言，如go等編寫智能合約，降低合約的開發(fā)門檻。

不同點(diǎn)：

1.fabric的合約是運(yùn)行在docker的常駐進(jìn)程，一個(gè)不規(guī)范的合約會(huì)導(dǎo)致多次合約調(diào)用互相影響，如全局變量的使用等。超級(jí)鏈的每次合約調(diào)用都會(huì)啟動(dòng)一個(gè)單獨(dú)的合約上下文，結(jié)合ModelCache，徹底做到多次合約調(diào)用相互隔離，互不影響。

2.fabric的合約沒(méi)有對(duì)合約的資源做限制，理論上合約里面的一個(gè)死循環(huán)會(huì)導(dǎo)致合約無(wú)法順利執(zhí)行。超級(jí)鏈的智能合約會(huì)設(shè)置資源的上限（cpu，內(nèi)存等），一旦合約的執(zhí)行超過(guò)上限會(huì)自動(dòng)停止，杜絕死循環(huán)的情況發(fā)生。

3.合約里面的代碼還是會(huì)訪問(wèn)系統(tǒng)的一些資源，比如文件系統(tǒng)，隨機(jī)數(shù)等，都會(huì)導(dǎo)致合約的不確定性。超級(jí)鏈的智能合約對(duì)任何訪問(wèn)系統(tǒng)資源的系統(tǒng)調(diào)用都做了隔離，是一個(gè)行為完全可控的沙盒環(huán)境，不會(huì)出現(xiàn)不確定的行為。

Q4：超級(jí)鏈智能合約跟以太坊合約的異同點(diǎn)

相同點(diǎn)：

1.超級(jí)鏈和以太坊的智能合約都具有確定性，即相同的輸入得到相同的輸出。

2.超級(jí)鏈和以太坊的智能合約都支持合約的資源審計(jì)，從而保證合約安全。

不同點(diǎn)：

1.目前以太坊的合約虛擬機(jī)是EVM，里面的大部分指令都是256bit的，導(dǎo)致性能比較低。超級(jí)鏈?zhǔn)褂玫暮霞s指令是WASM，是運(yùn)行于瀏覽器的匯編指令，有Google，Apple，Molliza， Microsoft四大公司聯(lián)合貢獻(xiàn)，指令接近機(jī)器匯編，性能很高。

2.目前運(yùn)行于以太坊的語(yǔ)言主要是Sodility，通過(guò)編譯成EVM的字節(jié)碼從而運(yùn)行在以太坊上，然而由于EVM的很多指令跟以太坊的功能高度耦合，導(dǎo)致通用編程語(yǔ)言很難編譯到EVM指令上，因此以太坊的多語(yǔ)言支持比較弱。超級(jí)鏈得益于WASM指令，很多高級(jí)語(yǔ)言都可以編譯到WASM上，如C++，Go，Rust等，另外超級(jí)鏈?zhǔn)褂昧薠uperBridge來(lái)擴(kuò)展合約訪問(wèn)鏈上的能力，跟指令解耦，有更好的擴(kuò)展能力。

Q5：超級(jí)鏈智能合約是怎么運(yùn)行WASM指令的

超級(jí)鏈合約執(zhí)行有兩種運(yùn)行模式，

1.一種是解釋執(zhí)行，這種模式在讀取合約代碼之后，首先把合約代碼翻譯成一種內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，之后根據(jù)指令類型逐條執(zhí)行，類比傳統(tǒng)的解釋型語(yǔ)言的解釋器。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是部署合約比較快，缺點(diǎn)是性能比較慢一些。

2.另一種是編譯執(zhí)行，這種模式在讀取合約代碼之后，首先把合約翻譯成native cpu指令，如x86指令，之后交給cpu來(lái)運(yùn)行編譯之后的指令。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度很快，缺點(diǎn)是由于需要預(yù)先編譯，部署速度會(huì)比較慢，但編譯是一次性動(dòng)作，后續(xù)執(zhí)行直接復(fù)用編譯結(jié)果。

Q6：超級(jí)鏈智能合約是如何支持資源統(tǒng)計(jì)的

主要分三步：

第一步：分析合約的字節(jié)碼，根據(jù)字節(jié)碼分函數(shù)構(gòu)建出一個(gè)控制流圖。什么是控制流圖呢？我們大體上把合約的指令按照是否會(huì)引起跳轉(zhuǎn)分為兩類，一類是順序執(zhí)行的指令，如add， load等；一類是loop，if等會(huì)引起跳轉(zhuǎn)的指令，而控制流圖就是一個(gè)以控制指令為節(jié)點(diǎn)的能表現(xiàn)合約的指令流向的一個(gè)圖。

第二步，有了控制流圖我們就可以插入資源檢查的指令了，我們把所有的控制指令的子指令序列看做一個(gè)鏈表，如下面代碼所示的if語(yǔ)句的子block

if （flag） {

n += 1;

sum += n;

}

由于非跳轉(zhuǎn)指令是順序執(zhí)行的，我們只需要在鏈表的開頭加上檢查資源的指令就可以了，不需要在每個(gè)指令后面都加上資源檢查。

第三步，在翻譯為機(jī)器碼或者解釋器解釋到資源檢查指令的時(shí)候，根據(jù)當(dāng)前已經(jīng)累加的資源counter比對(duì)limit值，如果超出則直接終止虛擬機(jī)的執(zhí)行，否則繼續(xù)執(zhí)行。

Q7：超級(jí)鏈智能合約是怎么通過(guò)XuperBridge來(lái)擴(kuò)展鏈上能力的

XuperBridge設(shè)計(jì)了一套標(biāo)準(zhǔn)接口以及序列化方法，合約虛擬機(jī)只需要把不同語(yǔ)言的不同訪問(wèn)方式統(tǒng)一為XuperBridge的接口形式就可以訪問(wèn)鏈上資源，在形式上類似我們平時(shí)用的RPC調(diào)用，當(dāng)我們需要擴(kuò)展接口的時(shí)候只需要增加新的接口方法就行，超級(jí)鏈正是通過(guò)這種形式支持了多種虛擬機(jī)，如WASM，Docker，EVM等，而不需要為每一種虛擬機(jī)設(shè)計(jì)一種接口來(lái)訪問(wèn)鏈上資源。

Q8：超級(jí)鏈智能合約是怎么做到高性能的

超級(jí)鏈合約主要從以下幾個(gè)方面來(lái)做到高性能：

1.合約指令選取的是WASM，WASM自身本身就比較貼近硬件底層，因此性能比較好。

2.合約虛擬機(jī)支持翻譯合約指令到native指令，運(yùn)行速度接近native程序。

3.合約的執(zhí)行分兩步，第一步是預(yù)執(zhí)行，每個(gè)合約運(yùn)行的時(shí)候都有一個(gè)唯一的上下文來(lái)隔離不同的合約運(yùn)行，上下文里面會(huì)收集合約執(zhí)行過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)的讀寫結(jié)果，執(zhí)行完畢后會(huì)生成一個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)修改的讀寫集；第二步，把讀寫集上鏈打包成交易上鏈，這個(gè)時(shí)候通過(guò)XuperModel會(huì)對(duì)讀寫集進(jìn)行沖突檢測(cè)，如果兩個(gè)讀寫集沒(méi)有任何沖突則直接通過(guò)，有沖突的則會(huì)失敗。正是通過(guò)這種方式來(lái)最大化合約的并行執(zhí)行和校驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

Q9：基于超級(jí)鏈智能合約能做什么

目前的超級(jí)鏈智能合約提供了如下能力：

· 設(shè)置合約方法的ACL以控制不同的合約方法訪問(wèn)權(quán)限。

· 以KV的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到鏈上和以及查詢鏈上數(shù)據(jù)。

· 跨合約調(diào)用的能力，不同合約之間可以直接互通調(diào)用。

· 轉(zhuǎn)賬給合約以及從合約轉(zhuǎn)出

· 查詢歷史交易以及區(qū)塊

后續(xù)會(huì)逐漸加上一些新的功能，如SQL和文件系統(tǒng)的接口來(lái)豐富合約的功能

Q10：怎么部署一個(gè)超級(jí)鏈的智能合約

以超級(jí)鏈example目錄下的ERC20合約為例，需要以下步驟：

1. 編譯合約，進(jìn)入到源代碼的contractsdk/cpp目錄，執(zhí)行build.sh腳本

2.準(zhǔn)備合約賬戶，調(diào)用xchain-cli account new --account 1111111111111111 來(lái)創(chuàng)建合約賬號(hào)，合約必須部署到合約賬號(hào)下

3.保證合約賬號(hào)有充足的token，因此我們轉(zhuǎn)給合約賬戶一些token xchain-cli transfer --to XC1111111111111111@xuper --amount 100000000

4.部署合約到剛才創(chuàng)建的合約賬號(hào)下 xchain-cli wasm deploy $path_to_contract/erc20.wasm -n erc20 --account XC1111111111111111@xuper -a ‘{“totalSupply”：“10000000”}’

至此一個(gè)ERC20合約已經(jīng)部署上鏈，后續(xù)可以調(diào)用合約的相關(guān)接口來(lái)使用合約，具體文檔見https://xuperchain.readthedocs.io/zh/latest/advanced_usage/create_contracts.html

需要注意事項(xiàng)如下：

1.不同語(yǔ)言的合約需要在部署的時(shí)候需要指明各自的runtime，否則會(huì)部署失敗

2.合約賬號(hào)需要充足的token來(lái)部署合約

Q11：哪里能找到更多的超級(jí)鏈智能合約例子

超級(jí)鏈開源代碼里面包含了一些使用合約的例子，涵蓋了ERC20，ERC721，存證等合約例子，后續(xù)會(huì)有更多的示例給大家。

分享結(jié)束后，群里涌現(xiàn)出的精彩問(wèn)題，摘取部分分享給各位。

問(wèn)：是不是所有區(qū)塊鏈應(yīng)用都必須要有智能合約？

答：自從以太坊發(fā)明了在區(qū)塊鏈上運(yùn)行智能合約后，智能合約幾乎已經(jīng)成為了新鏈的標(biāo)配。因?yàn)橛辛酥悄芎霞s，開發(fā)者就可以表達(dá)復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯，在之前這些邏輯可能都是鏈下行為，不夠“區(qū)塊鏈”，可以說(shuō)智能合約讓區(qū)塊鏈進(jìn)入了2.0。

問(wèn)：智能合約中有對(duì)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的直接查詢嗎。還是說(shuō)通過(guò)關(guān)鍵字段再查另外數(shù)據(jù)？因?yàn)閏++語(yǔ)言是可以有主鍵設(shè)置類似的，但是go語(yǔ)言就沒(méi)有這樣的設(shè)置。

答：目前智能合約里面的數(shù)據(jù)是KV的形式存儲(chǔ)的，可以認(rèn)為唯一的主鍵就是key，c++中包裝了一個(gè)table的數(shù)據(jù)接口來(lái)輔助生成多索引，go里面目前還沒(méi)有這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。后面可以期待一下超級(jí)鏈合約支持SQL。

問(wèn)：如果有三個(gè)硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以通過(guò)指定方式放到指定硬盤嗎？

答：目前超級(jí)鏈支持多盤部署，但按照業(yè)務(wù)劃分硬盤暫時(shí)不支持。

問(wèn)：請(qǐng)問(wèn)智能合約什么時(shí)候可以支持java語(yǔ)言編寫？

答：Java語(yǔ)言的支持在計(jì)劃中，可能先以native合約的形式提供，WASM的支持在調(diào)研中。

問(wèn)：可以跨智能合約調(diào)用嗎？如果智能合約不在同一條鏈上也可以調(diào)用嗎？

答：多個(gè)智能合約之間可以互相調(diào)用，前提是得有對(duì)應(yīng)的權(quán)限。但是目前超級(jí)鏈的智能合約只能在一個(gè)鏈上互通，多鏈技術(shù)正在研發(fā)中。

問(wèn)：目前，超級(jí)鏈智能合約支持哪些資源消耗統(tǒng)計(jì)啊？它們與gas的兌換比例是如何衡量的？

答：支持資源消耗統(tǒng)計(jì)的有：CPU，內(nèi)存，磁盤等；具體兌換比例參照源碼，當(dāng)然開發(fā)者也可以通過(guò)提案投票的方式來(lái)更改這些參數(shù)。