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📜 [專欄新文章] The next generation Ethereum Virtual Machine — Ewasm VM
✍️ Peter Lai
📥 歡迎投稿: https://medium.com/taipei-ethereum-meetup #徵技術分享文 #使用心得 #教學文 #medium
The next generation Ethereum Virtual Machine — Ewasm VM
The next generation Ethereum Virtual Machine — Crosslink 2019 Taiwan
這篇文章是 Crosslink 2019 Taiwan 的一個議程紀錄:The next generation Ethereum Virtual Machine,由來自 Second State 的工程部 VP Hung-Ying Tai 分享 Ewasm VM 目前研究內容及未來的方向,內容非常精彩,包含了 EVM bytecode 、 Webassembly、Ewasm1.0 以及 Ewasm2.0 。
EVM bytecode 及 Webassembly(WASM)
以太坊的智能合約交易在執行時,例如 :轉 Token 到別的地址,我們是將 EVM bytecode 讀進以太坊的虛擬機執行,而 EVM bytecode 有以下幾點特色:
256 位元且堆疊式(staked-based)的虛擬機
很多高階的指令,例如:SSTORE, SLOAD, SHA3, EC, Call/Create contract
與實體系統架構(通常是 32/64 位元)有差異,而 256 位元則需要靠模擬來完成
較少程式語言(Vyper, Solidity, …)
Webassembly(WASM)是為了讓不同程式語言開發的套件都能在瀏覽器使用的一種二進位程式語言,WASM 有以下幾點特色:
堆疊式(staked-based)的虛擬機:有獨立的區域空間(暫存器或是記憶體),存取堆疊前 3 個物件(EVM 存取 16 個)
支持 32 / 64 位元的操作
沒有高階的指令
RISC 指令集也可以對應到 CPU ISA
較大的社群:主流的瀏覽器都支援,也有較多的程式語言(C++, Rust, GO, …)
Ewasm 1.0
接下來看看以太坊 Ewasm 的特性:
Ewasm 是 wasm 的子集合
因為不能有誤差,所以不支援浮點數運算
只能 import 以太坊的函式庫,避免 importㄒ系統函式庫
在每段指令之前插入 useGAS 來計算 GAS 的花費
Ethereum Environment Interface
EVM 裡有很多像是 SSLOAD, SHA3 的高階指令,這些指令在 Ewasm 1.0 裡,因為 WASM 可以動態讀取函式庫(模組),以太坊定義了 Ethereum Environment Interface 讓客戶端可以用不同的語言實作相對應的函示庫,而且也更容易完成 prototype 跟升級。
下圖是 Ethereum Environment Interface 定義的函數列表。
Ethereum Environment Interface Definition.
如何移除非法的指令?
Ewasm 使用 system contract 移除非法指令以及加入 useGas 的 bytecode,像是浮點數或是非法的 import,有以下兩種做法:
使用 smart contract 檢查合約的 bytecode
像目前的 precompiles 運行在客戶端上,在部署前先檢查合約
下圖是 Ewasm 1.0 的 stack,在部署合約前 Ewasm bytecode 會先經過 Sentinal 的檢查,成功部署後客戶端如果要執行合約會透過 EVM-C 跟 Heru(Wasm Engine)溝通。
Ewasm Stack
效能問題
究竟使用 Ewasm 效能真的會比較快嗎?講者分享各 EVM 執行 Sha1 以及 BN128mul 的結果,可以發現 EVM 在運行 BN128mul 時會是最快,主要是因為 WASM 支持 32 / 64 位元的操作,256 位元則需要另外模擬(1 個 256 位元的運算可以換成 25 個 64 位元的運算),所以 WASM 在跑 BN128mul 時才會比較慢。
Ewasm 2.0
Ewasm 2.0 的智能合約改叫 Execution Environments(EE),與 Ewasm 1.0 不一樣的有下列幾點
EE 全部都是 WASM 寫的
因為支援 cross shard,每個 EE 都是在一個 shard 上執行
EE 只能拿到 state root,而在合約的執行寫法也跟原來不一樣
EE 是 stateless
下圖可以看到 ERC20 Token 在 Ewasm 2.0 跟 Ewasm 1.0 storage 的比較,Ewasm 1.0 每個 data 都會有相對應的 key,而 Ewasm 2.0 只有存 state root,所以只能跟 state root 互動。
Ewasm 2.0 vs Ewasm 1.0
Phase One and Done
目前 Ewasm 2.0 到 phase one and done 的階段,也有測試的網路可以在 shard block 執行 EE,以太坊也有開源 Ewasm 2.0 的測試工具 Scout。
Hello World for Ewasm 2.0
上圖是 Eth 2 的 Hello World EE,可以看到 main 函數裡第一行讀取 pre state root,接下來驗證 block data size 是不是為 0,最後再將 state root 存回去,Eth 2 的智能合約寫起來都會像這樣。
結論
Ewasm 1.0 目前已經支援 EVM 1 大部分的功能也有測試鏈了,second state 開發一個編譯器 soll,能將 solidity 編譯成 Ewasm,想研究的人可以參考看看。
Ewasm 2.0 目前還在研究中,下圖是講者給大家分享的研究及貢獻的方向。
A MAYBE Roadmap
參考
Crosslink 簡報
webassembly.org
scout
soll
Ewasm overview and the precompile problem: Alex Beregszaszi and Casey Detrio @ Ethereum \\ Part 1 — YouTube
Ewasm overview and the precompile problem: Alex Beregszaszi and Casey Detrio @ Ethereum \\ Part 2 — YouTube
Wasm for blockchain&Eth2 execution: Paul Dworzanski,Alex Beregszaszi,Casey Detrio@Ethereum \\ Part 2 — YouTube
Ewasm for sharding
Ewasm updates
Ewasm design
wasm-intro
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📜 [專欄新文章] 參加 Crosslink 2019 Taiwan 一探究竟那些不可錯過的以太坊最新發展 (第二天議程)
✍️ Phini Yang
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解析以太坊上的安全狀態通道 (A Secure State Channels Framework for Ethereum)— Liam Horne, Co-founder of L4 Ventures & ETHGlobal
#Intermediate
擴展性 Scalability 一直是近年以太坊生態系中重點任務。第二層協定 Layer 2採取的解決方向是用已有容量來處理更多交易,並不是增加以太坊本身容量,而是應用程式流量優化與用戶操作流程簡化等方式達到目的。它不會對基層協議做出任何更改,僅使用智能合約與鏈下應用程式交互。
「狀態通道 State Channel」則是第二層協議的其中之一解法,是一種透過鏈下交易與更新狀態的技術,在重複支付或遊戲加速兩項表現優異。在 L4 Ventures 中,開發人員可透過通用模塊化來快速建構狀態通道。此演講將帶你了解 State Channel 未來整體佈局。
延伸閱讀:Counterfactual: Generalized State Channels on Ethereum By Liam Horne Layer 2: From Payment to Generalized State Channel By 陳品
如何打造一般化的 Layer2 應用服務 (How to Build Generalized Application on Layers2)— Yuriko Nishijima, Developer & Researcher of Cryptoeconomics Lab
#Intermediate
「電漿網路 Plasma」是第二層協議的另一個解法,它創建附加在以太坊主鏈上的子鏈,並運用此技術實現狀態通道效果,特別在支付應用上見長。
Plasma 是 2017 年 Vitalik 跟 Joseph Poon (閃電網路提案人之一) 提出的方案,並於 2018 年有爆炸性成長。Cryptoeconomics Lab 在 Plasma 深耕已久,也正在實作這項協定,透過演講你會瞭解 Plasma 擴容方案將如何實現。
掌控你的私鑰與隱私 (Own Your Private Keys and Privacy) — Hankuan Yu, Head of Engineering & Hank Chiu of Engineering of HTC EXODUS
#Beginner
在區塊鏈世界中,私鑰就是一切。HTC Exodus 是全世界第一款使用硬體保護私鑰的區塊鏈手機,從使用者最根本問題出發。今年 9月 HTC 更提出新一代私鑰還原架構 — SKR 2.0,進一步提升私鑰還原之安全性。接下來,在私鑰安全及區塊鏈隱私上,HTC 將有什麼進一步規劃呢?
模組化的點對點網路協議 (libp2p: Modular Peer-to-Peer Networking Stack) — Raùl Kripalani, libp2p Tech Lead of Protocol Labs
#Intermediate #Eth2.0 #Go Language
在區塊鏈專案的網路層協議之中,近年來最值得關注的為 libp2p project,它是 IPFS 網路協議之延伸,現已另成一獨立網路協議專案,並由 Protocol Labs 團隊來維護。在去中心化場景中,為了解決節點與節點之間訪問的各種問題,libp2p 提供了解決方案,並將節點能在多個網絡中共享,大家亦能受惠於此。況且 libp2p 更提供可讓開發者快速使用的模組化通用包,廣受區塊鏈開發團隊青睞。
延伸閱讀:Why libp2p? By Pierre KriegerUnderstanding IPFS in Depth(5/6): What is Libp2p? By Vasa
剖析以太坊 2.0 客戶端 (The anatomy of a basic Ethereum 2.0 client) — Adrian Manning, Co-founder of Sigma Prime
#Intermediate #Eth2.0 #Rust Language
Lighthouse 是 Sigma Prime 針對 Eth2.0 客戶端所開發的專案,選用新一代語言 Rust 來做開發。Sigma Prime 於早期就參與 Casper 研究跟實作,對 Eth 2.0 核心的共識機制相當熟捻,而共同創辦人 Adrian 更是網路安全跟密碼學的專家。
講者介紹:Adrian Manning, Co-Founder of Sigma Prime▪ PhD in Quantum Field Theory▪ Cyber/Cryptography expert
延伸閱讀:Casper FFG:以實現權益證明為目標的共識協定 By Juin
次世代的以太坊虛擬機 (eWASM VM — The next generation Ethereum Virtual Machine )— Hung-Ying Tai, VP of engineering of Second State
#Intermediate #Eth2.0 #Virtual Machine
以太坊為了迎接下一代的虛擬機 — eWASM VM (Ethereum Flavored WebAssembly Virtual Machine),正如火如荼地開發 Solidity 的 eWASM 後端銜接。「eWASM 虛擬機」顧名思義將不再採用現在黃皮書中的指令集 ,而是使用 EWASM 來取代。EWASM 將會強化以太坊虛擬機的效能與安全性,也可以相容更多工具鏈,可以做到用一般程式語言如 C / C++、Go、Rust 來寫合約。
延伸閱讀:https://github.com/ewasm/design/blob/master/rationale.md
Geth 上的新型 BFT 共識演算法 (New A New 2-Step BFT Consensus Algorithm in geth)— Tung-Wei Kuo, Assistant Professor of National Chengchi University
#Advanced #Academic
傳統的拜占庭容錯 BFT (Byzantine Fault Tolerance) 共識演算法需要三個步驟來完成共識。在這場演講中,Tung Wei 將提出一個兩步驟 TwoStepBFT 的優化算法,在容許錯誤節點下,亦同時保有安全及活性。
使用以太坊 Proof-of-Authority 聯盟鏈進行跨醫院的資料共享 (Ethereum PoA Consortium Chain to Support Inter-Hospital Data Sharing) — Kung Chen, Professor of National Chengchi University
#Intermediate #Academic
目前社會中尚缺乏一套完善的整合系統,可供民眾進行醫療資訊的授權與共享。若病歷能有效地共享與授權,將可強化醫療分級轉診服務等下一代醫療服務。偏偏這些醫療資訊牽涉民眾隱私權等敏感議題,國立政治大學陳恭教授將分享如何透過區塊鏈對資料授權能力,來提升使用者的資料自主權,達成有效進行交換醫療資訊的目標。
更多資訊請直接參考官網議程:https://crosslink.taipei/schedule/2019-10–20
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