Введение

От борьбы с байткодом в Etherscan до защиты от всевозможных эксплойтов кода в Solidity, технологический стек EVM для разработки блокчейна сильно отличается от технологического стека web2 для многих разработчиков, что создает "пробел" между технологическим стеком Solidity-EVM и основными языками, такими как Rust, C++ или Python. По мере того, как блокчейн-пространство продолжает развиваться, возникает острая необходимость в устранении этого разрыва между разработчиками и обеспечении более удобной web3-разработки.

В этой статье мы расскажем о последнем проекте компании Offchain Labs - Arbitrum Stylus, представленном на конференции Blockchain Applications Stanford Summit (BASS) во время Стэнфордской недели блокчейна. Arbitrum Stylus - это знаковый проект, целью которого является создание нового стандарта для совместимости смарт-контрактов путем объединения среды исполнения EVM и WASM. Сначала мы обсудим некоторые мотивы этого проекта, затем погрузимся в детали его реализации и, наконец, обсудим его влияние на пространство web3.

Мотивация для Arbitrum Stylus

Arbitrum Stylus был разработан для решения двух ключевых проблем в разработке блокчейна: (1) доступность разработки блокчейна и (2) эффективность исполнения смарт-контрактов.

Сделать разработку блокчейна более доступной

Отчет разработчика от Electric Capital. Изображение из источника [1]. Получено 20 октября 2023 года.

Согласно отчету о разработчиках компании Electric Capital, в настоящее время насчитывается около 20 000 ежемесячно активных разработчиков блокчейна [1]. Хотя за последние несколько лет это число значительно увеличилось, оно все еще на порядки отстает от миллионов (или десятков миллионов) разработчиков, использующих такие языки общего назначения, как Rust или C++. По мере того, как пространство блокчейна продолжает развиваться, растет потребность в оптимизации процесса принятия на работу миллионов новых разработчиков смарт-контрактов.

Один из лучших способов сделать это - интегрировать процесс разработки смарт-контрактов с существующими основными языками, такими как Rust или C++. Именно такого подхода придерживаются многие не-EVM экосистемы, такие как Solana и Cosmos, при этом язык Rust стал де-факто языком смарт-контрактов в этих экосистемах. Однако до сих пор экосистема EVM в основном полагалась на свой собственный язык программирования Solidity для написания смарт-контрактов. Однако Arbitrum Stylus стремится изменить эту ситуацию, позволяя разработчикам блокчейна писать смарт-контракты на основных языках, таких как Rust, и затем разворачивать их на EVM-совместимых цепочках.

Повышение эффективности выполнения смарт-контрактов

За последние несколько лет, по мере роста популярности децентрализованных приложений, резко возрос спрос на вычисления на цепочке, особенно в сети Ethereum. Такой резкий рост спроса на газ привел к непомерно высоким ценам на него. Это, в свою очередь, вызвало шквал инноваций в области увеличения пропускной способности публичных блокчейнов, и Arbitrum - один из самых заметных проектов и экосистем в этом направлении. Сюда входит флагманская цепочка Arbitrum One L2, а также технологический стек Arbitrum Nitro.

Arbitrum Stylus - естественное продолжение всего этого и новейшее решение в наборе инструментов Arbitrum. По сравнению с предыдущими решениями, которые фокусировались на оптимизации межтранзакционной эффективности транзакций (например, пакетные транзакции с помощью роллапов), Stylus фокусируется на оптимизации внутритранзакционного уровня - а именно, на том, как выполняется каждая транзакция. Благодаря возможности выполнения контрактов на WebAssembly (WASM), контракты Stylus работают на порядок быстрее, обещая более низкую плату за газ, а также доступ к памяти, который может быть в 100-500 раз дешевле, чем при использовании EVM [2].

Stylus: Обеспечение совместимости WASM + EVM

WebAssembly и Arbitrum Nitro

Чтобы понять, почему Stylus намного эффективнее и композитнее, чем традиционный EVM-движок, нам нужно сначала понять роль WebAssembly, или WASM. WASM - это разновидность языка ассемблера, что означает, что это, по сути, машиночитаемый двоичный код, а не человекочитаемые языки, такие как Rust или C++. Вместо этого, эти человекочитаемые языки нуждаются в "компиляторе", который преобразует их в машиночитаемые "языки ассемблера" перед их выполнением.

В частности, WASM, как следует из его названия, - это язык ассемблера, оптимизированный для веб-браузеров, чтобы увеличить скорость выполнения веб-приложений, основанных преимущественно на Javascript. Будучи переносимым, модульным и легко исполняемым языком ассемблера, WASM позволяет разработчикам напрямую писать фрагменты кода на различных основных языках, таких как Rust или C++ [3].

С обновлением Nitro от Arbitrum, поскольку все споры на цепочке разыгрываются в WASM, это означает, что Nitro имеет работающую систему мошенничества для любого произвольного WASM [2]. А поскольку Arbitrum Nitro способен предоставить доказательства мошенничества для любого кода WASM, это означает, что он может предоставить доказательства мошенничества для любой программы, которая компилируется в WASM.

Arbitrum Stylus в первую очередь добавляет механизм выполнения WASM поверх существующего средства проверки на мошенничество WASM, унаследованного от Arbitrum Nitro, основанный на одном из ведущих механизмов WASM под названием Wasmer, который выполняет код намного быстрее, чем Geth выполняет байткод EVM [2]. Благодаря наличию как механизма исполнения, так и механизма доказательства, смарт-контракты могут быть полностью написаны, исполнены и доказаны в WASM. Учитывая, что многие основные языки, такие как Rust и C++, могут компилироваться непосредственно в WASM, это, в свою очередь, позволяет разработчикам блокчейна Arbitrum Stylus писать, развертывать и исполнять смарт-контракты на самых разных основных языках общего назначения.

Сравните EVM с Stylus EVM+. Изображение из источника [2].

Согласованность в механизме EVM+

Arbitrum Stylus предоставляет разработчикам дополнительную возможность писать контракты на Rust и других WASM-совместимых языках, не жертвуя при этом возможностью писать и исполнять смарт-контракты на Solidity. Имея два равноправных исполняющих механизма EVM и WASM, Stylus также предоставляет разработчикам возможность написать часть своего приложения на Solidity, а другую часть - на Rust.

Это, однако, поднимает вопрос: как Stylus VM управляет согласованностью между двумя разными движками? Как он узнает, когда нужно переключаться между EVM и ВМ WASM?

Во-первых, контракты Solidity и другие контракты, основанные на EVM, компилируются в один и тот же байткод, а затем выполняются так, как они обычно выполняются в чистом EVM-движке. Смарт-контракты на основе WASM, например, написанные на языке Rust, будут аннотироваться дополнительным "заголовком" в начале контракта. Таким образом, при вызове этих контрактов Stylus VM может определить, какие контракты требуют использования механизма EVM, а какие - механизма WASM. Такая конструкция также обеспечивает значительную степень совместимости, когда контракты, написанные на WASM, могут обращаться к контрактам, написанным на Solidity, и наоборот. Это также является основным способом, которым Stylus отличается от других блокчейнов, использующих механизмы исполнения WASM: Stylus гарантирует, что контракты WASM полностью совместимы и взаимодействуют с контрактами EVM, что позволяет обеспечить обратную совместимость и использовать ликвидность EVM с помощью контрактов WASM.

Другая перспектива взглянуть на двойной механизм EVM и WASM в Stylus заключается в том, чтобы рассматривать блокчейн как "машину состояния мира", которая проходит определенные транзакции состояния, как определено в EVM. В Ethereum состояние цепочки представлено с помощью Trie-структуры, или древовидной структуры данных, используемой для эффективного хранения и получения данных [4]. Оба движка Stylus - EVM и WASM - используют одну и ту же Trie-структуру для чтения и записи данных в "машину состояния мира" и из нее. Оба механизма производят некоторое изменение состояния, чтобы обновить состояние мира; разница лишь в том, как они вычисляют это изменение состояния.

Экономия средств благодаря механизму EVM+

Ранее мы уже намекали на то, что использование движка WASM может позволить существенно снизить затраты за счет повышения эффективности выполнения. Теперь мы можем рассмотреть, как это достигается. Для этого давайте рассмотрим одну инструкцию ADD, скажем, для 2 + 3.

В EVM нам нужно выполнить следующие действия [5]:

1. Оплата за газ, требующая многократного просмотра таблицы в памяти
2. Рассмотрите возможность отслеживания, даже если оно отключено
3. Вытащите два элемента из моделируемого стека
4. Сложите их вместе
5. Нажимайте на результат

Мы видим, что только Шаг 4 действительно включает в себя сложение этих двух целых чисел, в то время как все остальные шаги являются "шаблонными инструкциями" в системе EVM, которые стоят непомерного количества газа по сравнению с самим расчетом.

С другой стороны, предположим, что мы использовали WASM для этой простой операции ADD. Нам нужен всего один шаг:

1. Выполните одну инструкцию x86 или ARM ADD

Сравнение EVM ADD и WASM ADD. Изображение из источника [7].

Мы видим, что это в 150 раз дешевле, чем добавление EVM. Учитывая всю эту экономию газа, компания Stylus VM даже ввела новую единицу измерения "газа", называемую "чернила", которая в настоящее время по умолчанию определяется как 1/10000 от 1 газа и даже настраивается владельцем сети [5].

Однако есть одна оговорка: для активации Stylus VM необходим газ, который в настоящее время установлен на фиксированную ставку в 114 миллионов. Кроме того, вызов самой программы Stylus в настоящее время занимает около 128-2048 газа [5]. Таким образом, активация среды WASM только для того, чтобы оптимизировать одну операцию ADD для двух целых чисел, не всегда имеет экономический смысл. Однако для смарт-контрактов, требующих большого объема памяти, вся эта экономия будет усугубляться, компенсируя "стоимость активации". Например, вызов, выделяющий 3,8 МБ оперативной памяти в EVM, будет стоить ~32 миллиона газа, в то время как в Stylus WASM VM это будет стоить всего ~64 тысячи газа, что обеспечивает экономию в 500 раз [6]. Следствием этого является то, что приложения, требующие много памяти, просто невозможны на ванильном EVM, так как они быстро упираются во всевозможные газовые ограничения. Однако это становится вполне возможным в Stylus VM, учитывая, что оперативная память становится на порядки дешевле при использовании среды выполнения WASM.

Разблокирование новых вариантов использования с помощью Stylus

1. Приложения с интенсивным использованием памяти

Как говорилось выше, одним из самых интересных моментов в Arbitrum Stylus является возможность работы с приложениями, требующими много памяти, на цепочке. Это открывает совершенно новый класс приложений, таких как генеративный ИИ NFT, высокочастотная торговля и азартные игры на цепи [7]. Действительно, Stylus VM может стать знаковой технологией, которая позволит искусственному интеллекту, печально известному своими высокими требованиями к памяти, быть вычислительно жизнеспособным на цепи и полностью совместимым с контрактами EVM.

2. Сопоставимость Alt-VM с ликвидностью EVM

Более того, совместимость Stylus с EVM и способность контрактов на базе WASM взаимодействовать с родными контрактами Solidity означает, что эти контракты WASM могут в полной мере использовать огромную ликвидность и базу пользователей EVM. Напомним, что мы уже упоминали о том, что многие альтернативные ВМ, такие как Solana и Cosmos, используют для выполнения своих смарт-контрактов WASM-совместимые языки, такие как Rust. Движок WASM от Stylus означает, что разработчики этих альтернативных виртуальных машин могут легко перенести свои контракты в экосистему EVM и немедленно воспользоваться преимуществами ликвидности EVM.

3. Библиотеки общего назначения, прекомпиляция и инфраструктура отладки

Еще одно преимущество Stylus, позволяющего разработчикам использовать основные языки, такие как Rust и C++, для написания своих смарт-контрактов, заключается в том, что разработчики могут воспользоваться огромным количеством библиотек общего назначения, поддерживающих эти основные языки, которые содержат все: от вычислений на цепи до криптографических примитивов и ввода/вывода файлов.

Что еще более важно, разработчики могут воспользоваться сложной инструментальной инфраструктурой, созданной для этих основных языков. Сюда входят не только продвинутые менеджеры пакетов, но и привычная инфраструктура отладки, например, набор инструментов GDB в C/C++. Все это, скорее всего, значительно повысит уровень знакомства с разработкой web3 и позволит значительно упростить процесс внедрения в разработку блокчейна и стека EVM.

4. Привнесение вычислений на цепочке в IoT для DePIN

Благодаря повышенной эффективности выполнения WASM, Stylus VM может открыть двери для интеграции вычислений на цепочке в носимые устройства Интернета вещей (IoT) - включая все, от светофоров до умных холодильников и смарт-часов. Хотя WASM изначально предназначался для браузерных сред, его портативная, модульная архитектура и эффективное исполнение сделали его идеальным вариантом для IoT-устройств, которым требуется небольшое и эффективное время выполнения [8].

Таким образом, WASM VM от Arbitrum Stylus - это естественный вариант для растущей тенденции децентрализованных сетей физической инфраструктуры (DePIN), которые стремятся использовать блокчейн-сети и новые стимулы в виде токенов для поддержания физической инфраструктуры, от систем WiFi до батарей на солнечных батареях [9]. Поскольку большая часть DePIN основана на интеграции стека блокчейна с IoT-устройствами, Arbitrum Stylus может послужить важным шлюзом, позволяющим этим устройствам эффективно выполнять вычисления на основе WASM и использовать EVM-ликвидность через экосистему Arbitrum [10].

Заключение

В этой статье мы подробно рассмотрели мотивацию, внедрение и влияние Arbitrum. Стилус. Позволяя разработчикам писать и внедрять смарт-контракты на самых разных распространенных языках, Stylus делает разработку блокчейна более доступной и эффективной, сочетая совместимость с ликвидностью EVM и открывая широкий спектр новых приложений, особенно тех, которые требуют большого объема памяти. Таким образом, Stylus, вероятно, является знаковым проектом в определении следующего поколения композитных смарт-контрактов, став платформой, способной размыть границы между web2 и web3 разработкой для создания более эффективного, интегрированного и производительного стека разработки блокчейна.

Отказ от ответственности：

1. Эта статья перепечатана из[STANFORD BLOCKCHAIN CLUB]. Все авторские права принадлежат автору[Рейчел Баусфилд；Джей Ю]. Если у Вас есть возражения против этой перепечатки, пожалуйста, свяжитесь с командой Gate Learn, и они незамедлительно рассмотрят их.
2. Предупреждение об ответственности: Мнения и взгляды, выраженные в этой статье, принадлежат исключительно автору и не являются инвестиционным советом.
3. Перевод статьи на другие языки осуществляется командой Gate Learn. Если не указано, копирование, распространение или плагиат переведенных статей запрещены.