2013年提出的以太坊的概念成為了區(qū)塊鏈技術(shù)的一個(gè)主要擴(kuò)展，將其從一個(gè)P2P資金的去中心化結(jié)算層，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)程序執(zhí)行的無(wú)信任層，為應(yīng)用程序和可編程資產(chǎn)開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的世界。

把自己概念化為一個(gè)“全球計(jì)算機(jī)”，以太坊的核心思想是很簡(jiǎn)單易懂的：把區(qū)塊鏈技術(shù)的信任最小化的天然屬性應(yīng)用到計(jì)算機(jī)程序輸出的共識(shí)上。也就是說(shuō)，開(kāi)發(fā)者可以部署被稱(chēng)為“智能合約”的代碼，它是完全確定性的，輸出可以被所有和它進(jìn)行交互的角色所信任。

各種各樣非常好的想法在一開(kāi)始就被提了出來(lái)，包括使用以太坊智能合約創(chuàng)建公平拍賣(mài)或者樂(lè)透彩票，創(chuàng)建預(yù)測(cè)市場(chǎng)，去中心化交易所等等。這些用例中最廣為人知的是創(chuàng)建以太坊可編程token，這是各類(lèi)公司通過(guò)首次代幣發(fā)行籌集資金的一種流行的方式。

以太坊內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了一個(gè)圖靈完備的虛擬機(jī)，即以太坊虛擬機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)EVM）。它定義了一套通用的、確定性的指令，程序可以被編譯成這些指令，并且可以在全世界任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。在EVM上執(zhí)行的每一個(gè)操作和程序需要被以太坊網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)全節(jié)點(diǎn)運(yùn)行，意味著這臺(tái)“世界計(jì)算機(jī)”需要有一種內(nèi)建的機(jī)制來(lái)制止惡意占用（spam）攻擊。為解決這個(gè)問(wèn)題，EVM實(shí)現(xiàn)了gas（油費(fèi)）的概念，可以理解為在這臺(tái)全球計(jì)算機(jī)上運(yùn)行每個(gè)基本操作需要消耗的“燃料”，這是需要預(yù)付的。

區(qū)塊鏈計(jì)算機(jī)是確定性的

圖靈完備意味著你可以在以太坊虛擬機(jī)上編寫(xiě)和運(yùn)行任何你能想到的程序，只要你能為它的所有執(zhí)行步驟支付足夠的gas。昂貴的操作，例如訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法，由于它的固有限制，在EVM上是完全不可行的。EVM中的每一條指令，被稱(chēng)為OPCODE，都有一個(gè)特定的固定費(fèi)用。每個(gè)OPCODE都是確定的，對(duì)每個(gè)程序的輸出達(dá)成一致意見(jiàn)是在以太坊上達(dá)成全局共識(shí)的必要條件。

（以太坊從區(qū)塊創(chuàng)建到交易執(zhí)行的完整系統(tǒng)，引用自StackExchange）

通過(guò)為opcode設(shè)置固定費(fèi)用，節(jié)點(diǎn)就可以確定執(zhí)行某個(gè)特定程序時(shí)用戶(hù)需要預(yù)付多少費(fèi)用。在這種情況下，gas的概念不僅僅被用于阻止惡意占用攻擊，還是一種確定性的指標(biāo)。例如，一個(gè)消耗gas X的程序總是會(huì)消耗X，不管是網(wǎng)絡(luò)中的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行它。gas的單價(jià)依賴(lài)于整個(gè)平臺(tái)的供求關(guān)系，經(jīng)常會(huì)隨著以太坊網(wǎng)絡(luò)的交易負(fù)載量而發(fā)生變化。

EVM是如何設(shè)計(jì)的？為什么它是低效的？

l 架構(gòu)尺寸過(guò)大

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)包含的指令集只接受32位或者64位的輸入。EVM與此不同并且很特殊，它是一臺(tái)256位的計(jì)算機(jī)，故意設(shè)計(jì)成這樣是為了更易于處理以太坊的哈希算法，它會(huì)明確產(chǎn)生256位的輸出。

然而，實(shí)際運(yùn)行EVM程序的計(jì)算機(jī)則需要把256位的字拆分成它們的本地架構(gòu)來(lái)執(zhí)行智能合約，從而使得整個(gè)系統(tǒng)變得非常低效和不實(shí)用。

另外，如果你想在以太坊上用它的基本OPCODES實(shí)現(xiàn)一個(gè)類(lèi)似于SHA256的復(fù)雜算法，那你就自祈多福吧！為了解決通過(guò)指令集運(yùn)行復(fù)雜程序產(chǎn)生的高額gas問(wèn)題，以太坊引入了預(yù)編譯的概念，把程序編譯進(jìn)EVM并且消耗固定的gas。一個(gè)值得關(guān)注的預(yù)編譯是以太坊哈希算法，因?yàn)槿绻谔摂M機(jī)中實(shí)現(xiàn)該算法，合約在調(diào)用時(shí)將會(huì)產(chǎn)生極其昂貴的費(fèi)用。

l 臃腫的預(yù)編譯

預(yù)編譯帶來(lái)的問(wèn)題是它會(huì)不斷增加虛擬機(jī)的臃腫度和復(fù)雜度，而不能解決核心問(wèn)題：當(dāng)前指令集和規(guī)范的低效而粗劣的設(shè)計(jì)。

如果我們能夠定義一種新的規(guī)范和指令集，不需要預(yù)編譯這些復(fù)雜程序，而只需要通過(guò)基本指令就可以高效實(shí)現(xiàn)呢？

走進(jìn)WebAssembly

WebAssembly是由W3C開(kāi)發(fā)的一個(gè)高效輕量級(jí)指令集標(biāo)準(zhǔn)，被譽(yù)為網(wǎng)絡(luò)和高性能的顛覆者，支持跨瀏覽器執(zhí)行。這意味著我們可以把包括C/C , Go, Rust等在內(nèi)的不同編程語(yǔ)言編譯成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)格式，并將其作為JavaScript的替代品以近乎原生代碼的效率在瀏覽器中運(yùn)行。WebAssembly，或者簡(jiǎn)稱(chēng)為WASM，是內(nèi)存安全、平臺(tái)獨(dú)立的，可以完美高效地映射到所有類(lèi)型的CPU架構(gòu)上。

這和區(qū)塊鏈有什么關(guān)系？

不依賴(lài)于EVM，現(xiàn)在我們有了一套優(yōu)秀并且高效的指令集，可以編譯各種類(lèi)型的語(yǔ)言，并且有信心它們可以在不同類(lèi)型的平臺(tái)上執(zhí)行且具有同等的性能 - 這對(duì)于去中心化應(yīng)用來(lái)說(shuō)是非常理想的！更進(jìn)一步，通過(guò)去除浮點(diǎn)運(yùn)算指令，WASM指令集可以很容易地變成確定性指令集，從而很適合作為EVM的替代品。

EWASM團(tuán)隊(duì)已經(jīng)著手在以太坊上集成WebAssembly，從而保證以太坊2.0的執(zhí)行層更加高效、簡(jiǎn)單，適合作為完全的去中心化計(jì)算平臺(tái)。https://github.com/ewasm

WASM已經(jīng)被許多其他項(xiàng)目接納為標(biāo)準(zhǔn)，包括Dfinity和EOS都使用它來(lái)強(qiáng)化它們的執(zhí)行層。

Web的性能和智能合約平臺(tái)執(zhí)行層的未來(lái)一片光明。不僅dApp會(huì)具有更高的性能，集成WASM也可以讓那些熟悉Rust和Go之類(lèi)的主流語(yǔ)言的魯棒性的人更容易進(jìn)行智能合約的開(kāi)發(fā)，而不是需要學(xué)習(xí)solidity的各種細(xì)節(jié)才能在以太坊上開(kāi)發(fā)有用的應(yīng)用程序。

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