往期“智能合约执行引擎的前世今生”、“熟悉的新朋友-链上JVM”中，我们介绍了智能合约的起源，以及自研的可以执行Java智能合约的执行引擎HVM。虽然HVM相比于EVM，性能已经有了很大的提升，但是由于其字节码数量很大，在解释执行的场景下执行性能十分受限。另一方面，合约漏洞(不考虑业务逻辑漏洞)引发的安全问题，每年都在发生，所造成的经济损失都十分严重，那么有没有一种方案能让使用者抛开个人因素，尽量写出安全的合约？
为了解决这两个迫切的问题，我们引入了wasm虚拟机FVM，以及Rust合约编写框架。下面本文将详细介绍这两个部分在智能合约领域的应用。
众所周知，solidity语法在更新时出于一些考量并没有做好兼容工作，导致不同版本的语法差异很大，开发人员在不同版本的语法之间来回切换，着实浪费精力。另外，由于区块链区别于传统的互联网技术有着“不可篡改”的特性，一旦产品发布，无法以补丁的形式修复现存在的问题，也无法在原有的基础上进行版本迭代。这就需要合约开发者能一次就写出没有任何问题的合约，否则容易造成巨额的经济损失。然而事情一旦过度依赖于"人"，往往会带来量子学的色彩，最好是有另外一套机制来确保合约的正确性。
Numen：公链Aptos的VM虚拟机中存在的一个高危级别安全漏洞:金色财经报道，新加坡安全公司Numen Cyber Technology检测到Aptos公链的VM虚拟机中存在的一个高危级别安全漏洞，攻击者利用此漏洞可以在Aptos虚拟机中执行攻击者精心构造的特定代码，导致控制公链节点或使其瘫痪，Aptos Labs官方已经证实此漏洞的存在，Numen Cyber Labs已协助官方修复该安全漏洞。[2022/10/10 10:29:17]
Rust作为高效、可靠的通用语言毫无疑问是现有的最好解决方案。
Rust语言的可靠性依托于丰富的类型系统和所有权模型，以及强大的编译器，在编译期就能捕获经典错误。这迫使开发者在编写合约过程中，思考自己所写的每行代码是否准确，并通过编译器来确认，保证通过编译器检查的合约代码一定是安全的，极大的提高了合约的安全性以及可靠性。
此外，我们自研的合约框架提供了一个运行时的测试框架，让开发者能模拟合约运行，无需部署就能在链下找到合约中存在的问题。这无疑是给上链的合约增加了一重保险。
波卡将通过Second State引入基于Ewasm的SSVM虚拟机:金色财经报道，区块链基础软件公司Second State获得了Web3基金会的资金支持，双方合作将把以太坊的WebAssembly虚拟机（Ewasm）引入波卡生态。
据悉，通过Web3基金会的资金支持，Second State 将依据Ewasm规范扩展其自研的高性能 WebAssembly 虚拟机 SSVM。Second State 将开发必要的软件在 Substrate 中加载 SSVM 模块。最终， SSVM-Ewasm Substrate 模块将允许应用开发者在 Polkadot 波卡生态中部署和执行以太坊智能合约。[2020/3/2]
另外，我们的合约框架利用rust的宏展开技术，将操作放在宏注解里面。这样能让开发者在使用过程中更多的关注自己合约的业务逻辑，从某种程度上保证了合约逻辑安全，毕竟只需要专注一个部分而没有其他因素的干扰，能让开发者更加投入的去打磨逻辑的细节。
动态 | 本体发布智能合约虚拟机Ontology Wasm-JIT:近日，本体（Ontology）在其最新底层版本Aristotle 2020之Ontology 2.0中推出了区块链Wasm虚拟机Ontology Wasm-JIT。作为由Google、Apple、Microsoft等浏览器厂商同时支持的中间代码，Wasm具备运行高效、内存安全、无未定义行为和平立等特点。Ontology Wasm-JIT和解析执行版本兼容，开发者无需投入新的学习成本，可以把更多时间精力集中于具体的业务开发。在业务层面，单条合约指令的执行实际能耗更低，从而减少用户的Gas支付费用，实现降本增效。[2020/2/27]
EVM在本质上是脚本程序，是基于栈的虚拟机，需要由编译程序翻译成指令后执行，即解释执行，这导致EVM的执行效率非常低。与之相对，wasm使用了编译执行的方式，采用了虚拟机/字节码技术，并定义了紧凑的二进制格式，拥有更高更快的智能合约执行速度。因此我们引入wasm极大的提高了整个合约的运行效率。
动态 | 以太坊虚拟机形式化验证编译器Elle原型发布:据ConsenSys官方消息，受ConsenSys资助的区块链开发团队推出一款以太坊虚拟机（EVM）形式化验证编译器“Elle”，旨在确保更高级别的智能合约代码与执行它的以太坊虚拟机字节码之间的安全连接。目前Elle还属于原型阶段，不建议将其部署到主网上或者用来管理非常重要的有价值资产。[2019/8/4]
WASM(WebAssembly)按照字面意思就是web汇编，是为web浏览器定制的汇编语言。这里虽然说是定制，但随着灵性的发展，它不仅仅只适用于web，其《核心规范》更是与平台无关。既然号称汇编，那它显然具有汇编语言的特点：
1）层次低，接近于机器语言，提高运行效率；
2）适合作为目标代码，由其他高级语言(C/C++/Rust/Go等)编译器生成，扩大适用性；
量子链帅初朋友圈回应对EOS漏洞的看法：这种漏洞在支持虚拟机的合约平台上容易发生:今日，量子链帅初发布朋友圈回应了对EOS漏洞的看法，他表示：
1 这种漏洞在支持虚拟机的合约平台上容易发生，智能合约无限的灵活性也留下了无限的隐患。 任何一个小的共识协议的疏忽，都会有机会ddos整个区块链网络。
2 面向货币的设计，比特币做的不多不少，刚好合适。
3 eth和eos，都不是面向货币的设计，面向区块链平台的设计，复杂度很高，也蕴含更多安全隐患。
4 之前unlimited btc，也是因为一个共识bug，网络就会被ddos瘫痪。
5 应该和webassembly新的虚拟机和无gas模型有关，远程代码被vm编译后，被无限执行。[2018/5/29]
另外模块是wasm程序编译、传输和加载的单位。wasm定义了两种模块格式：
二进制格式：是wasm模块的主要编码格式，文件以.wasm为后缀。由于其格式设计的非常紧凑，可以缩小二进制体积，拥有更快的传输和执行效率。文本格式：文件以.wat为后缀，此处不详细展开。模块的划分使得wasm的组织结构更加清晰，解析更为方便，极大地提升了解析的效率。
那么除了使用Rust来编写合约，以及将合约编译成wasm字节码，真正要将合约运行起来，依然需要为wasm提供一个运行环境，也就是FVM做的事。
从语义上讲，一个wasm模块从二进制格式到最终被执行可以分为3个阶段：解码，验证，执行。解码阶段把二进制模块解码为内存格式；验证阶段对模块进行静态分析，确保模块的结构满足规范要求，且函数的字节码没有不良行为；执行阶段又可以分为实例化和函数调用两个部分。
?FVM组成
显然，FVM完整的功能应当是包含上面提及到的解码、验证、实例化以及函数调用等部分。我们按照整个流程实现了FVM，但是在实际运行中，发现执行过程会消耗大量的性能在内存的读写及分配上。为了进一步提高FVM的执行性能，我们新增了一层编译模块，将wasm的栈式内存转为基于寄存器式内存，对内存进行标记并加以重复利用，避免了频繁的分配内存，极大的提升了整体执行效率。
FVM与平台的账本交互
在rust智能合约中，我们对数据是否上链做了明确的区分，只有标定特定宏注解的字段数据才会上链交互。在合约部署时，对于初始化的字段写入账本；在调用合约方法时，如果使用到合约的持久化字段，合约执行引擎会调用账本读取的方法从账本中获取其数据。对于存在有数据写入操作(即更新)的字段，待合约执行结束后，若账本还未存在此字段则将其写入账本，若此字段已存在，则对相应的账本数据进行更新。
整体流程
整个介绍下来，相信大家对Rust智能合约的使用有了个大概的印象。这里对整个流程做个梳理：
step1:?用户通过Rust合约框架编写智能合约(一定要测试)
step2:编译合约为wasm文件
step3:将wasm合约文件部署到FVM
完成以上步骤你就成功的运行了一个合约?。
目前的合约都只是针对相对简单的业务，在我们的规划中，FVM既能应用在现有的合约场景，又能应用在业务复杂以及对合约执行速度有较高要求的场景。同时给了非区块链行业技术人员一种“零学习成本”的上链方法——使用他们熟悉的编程语言来编写合约。扩大了区块链技术的应用场景以及影响范围，以便探寻更多的区块链技术落地方案。
目前FVM在性能上的表现已经很好的达到了预期，但是我们不会满足于眼前的现状停滞不前。在后续的规划中，我们将继续探寻一些优化方案，比如：
1)?虚拟机缓存的优化；
2)引入AOT(Ahead-of-Time)，?即预先编译的方式，替换现有的字节码解释执行，将wasm模块直接编译成go代码，利用go的插件机制直接加载运行，得到极致的性能体验。
技术在不断的推陈出新，优化工作将一直持续下去，“保持先进”是我们的目标。
本文从「安全性」以及「效率的提升」两个角度，引出了对rust智能合约支持的FVM，探讨了rust与wasm在智能合约上为什么会有如此表现，以及我们使用FVM的意义。接下来我们还会对支持区块链上SQL执行的KVSQL进行详细介绍，敬请期待！
作者简介
李凯
趣链科技基础平台部区块链虚拟机研究小组
参考文献
?rust程序设计语言
《WebAssembly原理与核心技术》
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