基于區(qū)塊鏈技術(shù)框架的Substrate智能合約平臺(tái)解析

運(yùn)行節(jié)點(diǎn)

1. 接入測(cè)試網(wǎng)

請(qǐng)參考加入 ChainX 測(cè)試網(wǎng)的相關(guān)說明：

完成相關(guān)配置后，應(yīng)保證節(jié)點(diǎn)同步到最新，錢包相應(yīng)配置完成。

2. 運(yùn)行本地節(jié)點(diǎn)

請(qǐng)參考 ChainX Dev 模式的相關(guān)說明：

完成相應(yīng)配置后，請(qǐng)保證已經(jīng)出塊超過150個(gè)區(qū)塊，因?yàn)?50個(gè)塊后才會(huì)對(duì) Alice 發(fā)放第一層次獎(jiǎng)勵(lì)。

若需要反復(fù)測(cè)試，可以對(duì)超過150個(gè)塊后的區(qū)塊數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，若需重新啟動(dòng)，則只需要?jiǎng)h除老數(shù)據(jù)目錄，使用備份數(shù)據(jù)目錄替換即可。

ChainX 上的 Substrate Contracts 智能合約平臺(tái)

Substrate 作為第一個(gè)區(qū)塊鏈領(lǐng)域的技術(shù)框架，讓開發(fā)者能夠?qū)Ｗ⒂阪湹倪\(yùn)行時(shí)邏輯，而不用再花費(fèi)大量的時(shí)間精力構(gòu)建區(qū)塊鏈底層的基礎(chǔ)設(shè)施。此外， Substrate 默認(rèn)提供了很多功能模塊，比如 Staking， Consensus， 方便框架使用者根據(jù)自己的需求進(jìn)行自由組合和定制。合約模塊就是其中的一個(gè)功能模塊，不管是任何一條基于 Substrate 技術(shù)的獨(dú)立鏈，還是未來的平行鏈， 只要集成了合約模塊，就可以成為一個(gè)智能合約平臺(tái)。

本次 ChainX 智能合約平臺(tái)的主要實(shí)現(xiàn)方式就是集成 Substrate 的合約模塊，并進(jìn)行適配。ChainX 的合約功能與 Substrate 默認(rèn)的合約模塊主要區(qū)別如下：

1. 取消合約存儲(chǔ)收費(fèi)的設(shè)計(jì)。 合約存儲(chǔ)收費(fèi)簡(jiǎn)單來說就是當(dāng)合約部署到鏈上以后， 根據(jù)該合約在鏈上所占存儲(chǔ)的大小和該存儲(chǔ)的占用時(shí)間收取一定的費(fèi)用，當(dāng)合約賬戶因?yàn)橛囝~不夠無(wú)法支持存儲(chǔ)費(fèi)用時(shí)，合約就會(huì)被刪除，甚至可能無(wú)法恢復(fù)。 即使合約被刪除后可以恢復(fù)，目前的合約恢復(fù)可操作性也是極低，可能會(huì)對(duì)目前的合約開發(fā)造成極大的困擾。因此，我們目前決定暫時(shí)取消合約存儲(chǔ)收費(fèi)，只收取合約調(diào)用的 Gas 費(fèi)用， 也就是與目前以太坊的收費(fèi)設(shè)計(jì)一致。當(dāng)合約存儲(chǔ)收費(fèi)的模型成熟后，可以重新啟用這個(gè)設(shè)計(jì)。

2. 使用適配后的 chainx-org/ink 編寫合約。 chainx-org/ink fork 自 paritytech/ink， 主要改動(dòng)在于引入了 DefaultXrmlTypes 替代 DefaultRrmlTypes來適配 ChainX 的 runtime：

· 關(guān)聯(lián)類型 Balance 從 u128 改為 u64.

· 適配關(guān)聯(lián)類型 Call 以支持 PCX 轉(zhuǎn)賬和將跨鏈資產(chǎn)劃轉(zhuǎn)過去的 XRC20 Token 轉(zhuǎn)回 ChainX 跨鏈資產(chǎn)， 合約開發(fā)者可以基于 PCX 和 ChainX 的跨鏈資產(chǎn)設(shè)計(jì)自己的 Dapp。

除了以上兩點(diǎn)改動(dòng)，在合約編寫上與 paritytech/ink 保持一致，目前合約寫法仍然采用 ink1.0 的寫法，后續(xù)我們將會(huì)升級(jí)使用 ink2.0.

ink 合約編寫相關(guān)資源：

· substrate-contracts-workshop： ink 官方教程

· polkaworld-org/workshop： polkaworld 合約相關(guān)技術(shù)講座

與 Gas 相關(guān)的參數(shù)配置

Schedule {

version： 0， // 配置版本

put_code_per_byte_cost： 200， // 設(shè)置wasm代碼時(shí)，每字節(jié)需要的Gas

grow_mem_cost： 1， // 單頁(yè)中內(nèi)存增值需要的Gas

regular_op_cost： 1， // 普通操作符Op需要的Gas

return_data_per_byte_cost： 1， // 返回值每字節(jié)消耗的Gas，因此對(duì)于合約見互相調(diào)用應(yīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)這個(gè)值

event_data_per_byte_cost： 20， // 合約中 event 每字節(jié)消耗的Gas

event_per_topic_cost： 1， // 合約中 event 每個(gè)topic消耗的Gas

event_base_cost： 1， // 合約中每個(gè)event要消耗的基礎(chǔ)Gas，例如每打一個(gè)event就要先減少這個(gè)值的Gas

call_base_cost： 60000， // 調(diào)用合約或合約調(diào)用合約消耗的基礎(chǔ)Gas，例如每調(diào)用一個(gè)合約函數(shù)需要減少這個(gè)值的Gas

instanTIate_base_cost： 200000， // 合約初始化（實(shí)例化）消耗的基礎(chǔ)Gas

sandbox_data_read_cost： 1， // 合約中讀取一個(gè)字節(jié)消耗的Gas

sandbox_data_write_cost： 1， // 合約中寫入一個(gè)字節(jié)消耗的Gas

max_event_topics： 4， // 一次調(diào)用中最多可以打的event個(gè)數(shù)

max_stack_height： 64 * 1024， // 合約中棧的最大值

max_memory_pages： 16， // 合約執(zhí)行中最大的頁(yè)數(shù)

max_table_size： 16 * 1024， // 合約中最大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表數(shù)

enable_println： false， // 是否允許合約中出現(xiàn) print

max_subject_len： 32， // 最大的PRNG subject數(shù)

}

當(dāng)前 ChainX 中默認(rèn)的 Gas Price 為5

其中請(qǐng)留意put_code_per_byte_cost，call_base_cost，instanTIate_base_cost。因此在 ChainX 中：

· 設(shè)置 WASM 合約代碼的代價(jià)比較大，因此建議合約開發(fā)者仔細(xì)設(shè)計(jì)及模塊化自己的合約代碼，不鼓勵(lì)過多的設(shè)置合約代碼

· 實(shí)例化一個(gè)合約的代價(jià)稍大，因此建議合約開發(fā)者盡量重用已實(shí)例化過的合約實(shí)例

· 調(diào)用一個(gè)合約的代價(jià)一般，因此建議合約開發(fā)者精簡(jiǎn)自己的合約，集中在一個(gè)合約中處理邏輯。

· Event 最多只能打4個(gè)，因此需要合約開發(fā)者小心設(shè)計(jì) Event。

部署及調(diào)用合約

對(duì)于部署及調(diào)用合約，請(qǐng)參考 ChainX 的錢包相關(guān)部分：

· 合約功能部分

· 合約開發(fā)獨(dú)立部署組件開發(fā)調(diào)試合約

開發(fā)調(diào)試合約

我們強(qiáng)烈建議：

1. 合約開發(fā)者在 ChainX Dev 節(jié)點(diǎn)下開發(fā)調(diào)試合約，因?yàn)楹芏噱e(cuò)誤信息只會(huì)在節(jié)點(diǎn)日志中出現(xiàn)。

2. 在 Dev 模式下可以在合約中使用env.println，而在主網(wǎng)和測(cè)試網(wǎng)中一定要將合約中的env.println刪除。

3. 合約無(wú)論是執(zhí)行還是方法的返回值都可以通過 RPC 在不打包的情況下調(diào)用，建議合約開發(fā)者可以先使用 rpc 調(diào)用模擬合約執(zhí)行情況

一些異常錯(cuò)誤

日志中與合約相關(guān)的日志均含有［runTIme|xrml_xcontracts］字段，因此若只關(guān)心合約及合約執(zhí)行結(jié)果，只需要對(duì)日志 grep：

· tail -f log/chainx.log | egrep “xcontracts|apply_extrinsic”

若設(shè)置，部署，調(diào)用合約不成功，可以參考如下問題列表：

1. 設(shè)置合約代碼相關(guān)

1. 合約部署時(shí) gas limit 提供的不夠

［runTIme|chainx_runtime：：xexecutive|183L］ ［apply_extrinsic］ failed： there is not enough gas for storing the code

因?yàn)?ChainX 中put_code_per_byte_cost設(shè)置得比較大，因此合約部署者應(yīng)注意部署合約時(shí)提供的 gas limit 是否足夠。一般情況下應(yīng)大于len（wasm） * put_code_per_byte_cost

2. wasm 合約時(shí)，在組件間調(diào)用時(shí)因 wasm 過大，導(dǎo)致 wasm 被裁剪，部署不完整 wasm

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］ ［apply_extrinsic］ failed： Can‘t decode wasm code

此時(shí)請(qǐng)檢查組件調(diào)用是否會(huì)裁剪 wasm

3. wasm 合約已經(jīng)存在于鏈上，對(duì)于相同的合約，不應(yīng)該重復(fù)設(shè)置代碼

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］ ［apply_extrinsic］ failed： the code is already stored on chain

開發(fā)者自己編寫工具時(shí)，請(qǐng)一定在上傳代碼前通過 sdk 的相關(guān)接口檢查合約是否已經(jīng)在鏈上。

4. 合約中含有ext.print，在自己測(cè)試能部署，在測(cè)試網(wǎng)與主網(wǎng)上不能部署

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］ ［apply_extrinsic］ failed： module imports `ext_println` but debug features disabled

請(qǐng)注意在測(cè)試網(wǎng)和主網(wǎng)中，一定要將ext.print從合約中刪除，或者使用條件編譯控制

2. 部署合約代碼相關(guān)

1. 合約實(shí)例已經(jīng)存在，請(qǐng)勿重復(fù)實(shí)例化。

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］ ［apply_extrinsic］ failed： Alive contract or tombstone already exists

在 ChainX 合約（Substrate Contracts）模型中，生成合約地址的方式為：

hash（code_hash + hash（input_data） + deployer）

因此相同的部署者對(duì)于相同的一份合約使用相同的實(shí)例化參數(shù)，最后的合約結(jié)果都是一樣的。若需要用相同的 wasm 代碼，相同的參數(shù)實(shí)例化另一個(gè)實(shí)例，請(qǐng)換一個(gè)賬戶

2. 參數(shù)傳遞錯(cuò)誤，或者在實(shí)例化過程中崩潰，無(wú)法實(shí)例化

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］ ［apply_extrinsic］ failed： during execution|Failed to invoke an exported function for some reason|wrong selector， decode params fail or inner error

請(qǐng)檢查參數(shù)和合約代碼，如：

· 實(shí)例化接收的參數(shù)是 u128，但是傳遞過去的是 u64

· 合約中的存儲(chǔ)未初始化就進(jìn)行加減操作/溢出/有 panic 異常。..

3. 部署達(dá)到了 gas limit

錯(cuò)誤見下文

3. 調(diào)用合約代碼相關(guān)

1. 合約調(diào)用或內(nèi)部崩潰

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］ ［apply_extrinsic］ failed： during execution|Failed to invoke an exported function for some reason|wrong selector， decode params fail or inner error

· 調(diào)用合約傳遞的 selector 不匹配，或參數(shù)編碼錯(cuò)誤

selector 請(qǐng)一定按照編譯合約生成的的abi.json或者old_abi.json去調(diào)用，若使用不存在的 selector 則會(huì)調(diào)用不成功。編碼錯(cuò)誤同理

· 調(diào)用的方法中出現(xiàn)異常，如使用未初始化存儲(chǔ)

struct Incrementer {

value： storage：：Value《u32》，

}

impl Deploy for Incrementer {

fn deploy（&mut self） {

// not init value

}

}

impl Incrementer {

/// Flips the current state of our smart contract.

pub（external） fn inc（&mut self， by： u32） {

// 在日志中能看得到這一句日志

env.println（&format?。ā癐ncrementer：：inc by = {：？}”， by））;

self.value += by; // 調(diào)用未初始化的存儲(chǔ)

}

}

因此需要調(diào)試是因?yàn)閰?shù) /selector 錯(cuò)誤還是合約內(nèi)部出錯(cuò)，請(qǐng)?jiān)诤霞s內(nèi)部打日志即可判定

· 溢出或 panic

具體請(qǐng)參考代碼

2. 調(diào)用過程中達(dá)到了 gas limit

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］ ［apply_extrinsic］ failed： during execution|Failed to invoke an exported function for some reason|reach gas limit

請(qǐng)通過 rpc 接口chainx_contractCall在非打包過程中去嘗試得到適合的gas limit，建議覆蓋合約執(zhí)行中最遠(yuǎn)的執(zhí)行分支。

通過 grep 日志：

［runtime|xrml_xcontracts：：gas］ ［refund_unused_gas］|account:88dc3417d5058ec4b4503e0c12ea1a0a89be200fe98922423d4334014fa6b0ee （5SjUJPJJ.。.）|gas_payment:2500000|refund:0|real cost:2500000|gas_spent:500000

可以看到這次調(diào)用中的 gas 耗費(fèi)，其中

注意該部分消耗指的是在合約中的 Gas 執(zhí)行的消耗，真實(shí)支付的 PCX 還要再加上調(diào)用合約方法的外部手續(xù)費(fèi)。

· gas_payment為gas_limit*gas_price的值，是調(diào)用者暫存的 PCX

· refund是執(zhí)行完成后返回的 PCX

· real cost是真實(shí)消耗的PCX

· gas_spent是消耗的 gas

ChainX 智能合約中的跨鏈資產(chǎn)

當(dāng)前 ChainX 智能合約中只支持比特幣

ChainX 智能合約中多幣種的實(shí)現(xiàn)方式

由于 Substrate Contracts 智能合約平臺(tái)模型與以太坊智能合約模型相似，對(duì)于多幣種的處理是“本幣+代幣”模型。

針對(duì)這種模型，ChainX 的智能合約上的跨鏈資產(chǎn)采用合約代幣模型，因此在 ChainX 上 PCX 將會(huì)類似以太坊一樣對(duì)智能合約提供 gas 及本幣流通的價(jià)值，對(duì)于 ChainX 上的跨鏈資產(chǎn)以合約代幣的形式引入。

使用代幣模型而不是將多幣種直接引入合約基于如下考慮：

1. 以太坊代幣合約已經(jīng)比較成熟，因此對(duì)于合約開發(fā)者在代幣模型下可以比較容易的將以太坊合約遷移到 ChainX 智能合約平臺(tái)上。

2. 若在合約中引入多幣種的概念，將會(huì)極大修改 Substrate Contracts 的模型，容易引入非預(yù)期問題。

當(dāng)前 ChainX 實(shí)現(xiàn)智能合約中的比特幣采用 XRC20 模型，根據(jù)合約開發(fā)者的反饋，將來也可采用其他標(biāo)準(zhǔn)。目前已經(jīng)考慮的代幣模型有：

XRC20 （原以太坊 ERC20）

XRC721 （原以太坊 ERC721）

XRC777 （原以太坊 ERC777）

ChainX 資產(chǎn)中的多幣種與合約中代幣的轉(zhuǎn)換

ChainX 上的比特幣 X-BTC

當(dāng)前 X-BTC 對(duì)應(yīng)于智能合約平臺(tái)中采用的代幣模型為 XRC20。用戶可以自由發(fā)起交易讓 ChainX 的 X-BTC 與合約平臺(tái)中的 XRC20 互相轉(zhuǎn)換。

其中 ChainX 修改了 ERC20 合約標(biāo)準(zhǔn)（XRC20），添加了issue，destroy兩個(gè)接口。并首先將一個(gè)合約部署到鏈上并實(shí)例化，同時(shí)在鏈上唯一指定了這個(gè)合約實(shí)例，因此除指定的實(shí)例以外的代幣實(shí)例均不被 ChainX 的 Runtime 承認(rèn)

其中：

· issue 只能被 Runtime 中的交易convert_to_xrc20調(diào)用，不可通過直接調(diào)用合約方法調(diào)用。通過交易convert_to_xrc20調(diào)用后，將會(huì)把該用戶的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到合約實(shí)例下，并在合約中對(duì)該發(fā)送交易的賬戶自動(dòng)發(fā)放相應(yīng)的金額。

· destroy 能被用戶調(diào)用，用于將合約中的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到 ChainX 資產(chǎn)模塊中。其中首先銷毀了合約中對(duì)應(yīng)的代幣，然后合約中會(huì)自動(dòng)調(diào)用convert_to_assets將資產(chǎn)從合約中返回給用戶，而convert_to_assets不可通過外部交易調(diào)用。

ChainX 上的 XRC20

XRC20 項(xiàng)目

部署于 ChainX 上的 XRC20 項(xiàng)目為：

https://github.com/chainx-org/xrc20

針對(duì) XRC20，ChainX 已經(jīng)提供了2個(gè)對(duì)應(yīng)的 RPC 可進(jìn)行操作：

· chainx_contractXRCTokenInfo

· chainx_contractXRC20Call

ChainX 錢包導(dǎo)入 XRC20 abi

當(dāng)前錢包還未集成 XRC20 的 abi，因此需要開發(fā)者手動(dòng)添加。

1. 獲取鏈上指定的 XRC20-BTC 合約實(shí)例地址：

調(diào)用 rpc chainx_contractXRCTokenInfo 可在返回值中看到鏈上已經(jīng)存在的 XRC20-BTC 合約地址公鑰

2. 參考［合約功能部分|實(shí)例化合約］（ wallet#2. 實(shí)例化合約（部署合約））部分的第3節(jié)，通過“添加已存在的合約”的方式，將該 ERC20-BTC 合約地址的公鑰填入，然后在 XRC20 項(xiàng)目中的target/abi.json的 abi 文件上傳即可添加該合約實(shí)例。

主網(wǎng)與測(cè)試網(wǎng)-道

對(duì)于主網(wǎng)與測(cè)試網(wǎng)-道，該針對(duì) X-BTC 的合約實(shí)例已經(jīng)部署且被設(shè)置完成。合約開發(fā)者或用戶只需要在合約平臺(tái)上導(dǎo)入該項(xiàng)目中的abi 文件target/abi.json即可調(diào)用合約。其中該XRC20的地址可以通過rpc chainx_contractXRCTokenInfo 獲取到。

ChainX Dev 節(jié)點(diǎn)

對(duì)于 ChainX Dev 節(jié)點(diǎn)而言，該合約沒有被內(nèi)置。因此若需要調(diào)試和智能合約上的比特幣相關(guān)操作，需要：

· 在 ChainX Dev 中設(shè)置 XRC20-BTC 合約

· 發(fā)放測(cè)試使用的假 X-BTC

在xrc20項(xiàng)目中已經(jīng)提供了一個(gè)腳本執(zhí)行這兩件事情，詳情請(qǐng)參考 README。

該腳本默認(rèn)使用 Alice 的私鑰（見 ChainX Dev 模式的開頭部分）執(zhí)行。請(qǐng)注意執(zhí)行該腳本至少需要等待已經(jīng)出了150個(gè)區(qū)塊后（ Alice 才會(huì)具備資產(chǎn)執(zhí)行交易）。

若 PCX 不足，該腳本也提供了從 Alice 驗(yàn)證者領(lǐng)取獎(jiǎng)池的操作。