什么是Subscript?

什么是Subscript?

这门语言第一次出现在大众的视线,是在2020年第三季度的Web3基金会Grant计划接收者名单里:Subscript——AssemblyScript中的Substrate智能合约API和SDK。

什么是Subscript?

本文中笔者将从波卡Substrate智能合约开始梳理,帮助读者理解Grant对Subsciript成就的定义。

一、Substrate智能合约

在 Substrate 出现之前, 要造一个自定义的区块链非常麻烦, 需要考虑很多因素, 比如安全, 可升级, 扩展, 跨链等等, 并且还需要做大量的编码和测试。开发者需要对状态树 、p2p网络,、共识协议等链上的技术问题有足够深入的了解,才能进行区块链的编程。Gavin Wood在开发波卡的过程中,经过思考,认为其实区块链发展这几年,大家做的很多事情都是相同的。根据他以往的开发经验,当大家发现每个人都在做相同的事情的时候,就会将这件事情进行抽象,然后造“轮子”,将这些高层次的东西做封装,成为“开发框架”,将背后复杂的基础设施都封装起来,而使用这个“框架”的开发人员,就可以更加专注于自己的业务逻辑,而不必花费大量的精力去造“轮子”去完成那些每个链都要做的事情。Gavin Wood 将波卡及以太坊已有的成果进行抽象,命名为“Substrate”作为区块链开发的基础框架,并把全部精力都转移到了Substrate开发中。所以“Substrate”就是区块链世界的第一个“轮子”。

Substrate框架默认提供了很多功能模块,比如 Staking,Consensus,方便框架使用者根据自己的需求进行自由组合和定制。合约模块就是其中的一个功能模块,FRAME 合约模块(SEAL)为 Runtime 提供部署和执行 WebAssembly 智能合约的功能。不管是任何一条基于 Substrate 技术的独立链,还是未来的平行链, 只要集成了合约模块,就可以成为一个智能合约平台。

传统的智能合约平台(如以太坊系统)允许用户在一些核心区块链逻辑的基础上增加额外的逻辑。由于任何人都可以发布智能合约逻辑,包括恶意行为人和缺乏经验的开发人员,因此这类智能合约平台频繁发生DeFi合约安全漏洞。

而Subscript智能合约牺牲了这种“逻辑之上增加额外逻辑”的灵活性,避免了一些复杂的逻辑可能产生的漏洞,以获得更多的安全性和互操作性。

二、API&SDK

API和SDK没有什么值得比较的区别。API(Application Programming Interface,应用程序接口)是一些预先定义的接口(如函数、HTTP接口),或指软件系统软件系统不同组成部分衔接的约定;SDK(Software Development Kit )一般是指一些软件工程师为特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等建立应用软件时的开发工具的集合。

当人们的电脑需要调用手机里面的信息,会拿一根数据线将电脑手机连接起来,电脑和手机上连接数据线的接口就相当于“API接口”;当一家公司开发出某种软件的某一功能,把它封装成SDK(比如数据分析SDK就是能够实现数据分析功能的SDK),出售给其他公司做开发用,其他公司如果想要给软件开发出某种功能,但又不想从头开发,可以直接购买该SDK使用。

如果把SDK想象成一个虚拟的程序包,在这个程序包中有一份做好的软件功能,这份程序包几乎是全封闭的,只有一个小小接口可以联通外界,这个接口就是API。

三、WebAssembly&AssemblyScript

WebAssembly(WASM字节码)是浏览器的基础语言,为开发人员提供了除JavaScript之外的编译目标。它使网站代码可以在安全的沙盒环境中以接近本地机器码的速度运行。Webassembly以二进制格式交付,这意味着与JavaScript相比,WebAssembly在大小和加在时间上都有优势。波卡使用WASM作为全部链上Runtime的字节格式,同时WASM也是波卡智能合约的主要格式。

WebAssembly被设计为对C和C++具有良好的支持,Go语言在Version 1.11中增加了实验性支持的版本中,Rust也对其进行了大量投入。

对于Web开发人员来说,学习使用WebAssembly可能会有一个很艰难的过程,但AssemblyScript的出现解决了这一问题。AssemblyScript是一个将TypeScript 编译成WebAssembly 的编译器。因为它与JavaScript非常相似,所以AssemblyScript使Web开发人员可以轻松地将WebAssembly整合到他们的网站中,而不必使用完全不同的语言。

四、Subscript

至此,我们可以来解读Subscript了。

Subscript是整体为WASM设计的原生合约语言, 并提供了对WASM底层的访问指令。Subscript使用Web开发者熟悉的TypeScript语法,通过AssemblyScript项目将一部分TypeScript编译为WASM。Subscript可以支持任何和Substrate架构兼容的智能合约开发平台,并支持开发波卡原生智能合约。

Subscript相比Parity官方基于Rust的ink!语言,提供了更加易用的特性:

A、无需Rust开发基础,Web开发者可以快速入门;

B、与JavaScript良好的互操作特性,便于与Dapp的集成;

C、易用的开发环境支持,可以基于现有的js IDE运行部署和测试。

4.1 Subscript合约编译

Subscript使用久经验证的Binaryen编译框架编译智能合约,在编译时着重减少生成代码的体积。在处理WASM底层代码时,Subscript能够提供比C++和Rust更快的执行速度。

Subscript对Binaryen编译框架加入了语言扩展,使其能够直接支持对象结构体到合约状态树的映射。Subscript的状态装饰器内置了状态的序列化和反序列化功能。开发者对结构体添加状态装饰器后,语言能够自动把结构体序列化为状态树中的字符串,反序列化时同理。

什么是Subscript?

Subscript合约编译

4.2 Subscript合约调试与开发环境

Subscript使用SourceMap进行一系列的调试动作,使用Subscript Workbench作为IDE开发环境。

Subscript使用SourceMap机制生成编译代码到源代码的映射。SourceMap是一个有关源代码信息的文件,通过SourceMap可以知道编译后的代码在源代码中的位置和标识符。在调试的时候,调试工具在断点位置能够给出对应的源代码位置,这会给开发者带来极大的方便。

Subscript能够提供调试支持的智能合约虚拟机正在开发当中,虚拟机能够提供WASM的单步执行功能,并显示所有的堆栈信息。在源代码中加入断点后,虚拟机能够暂停当前的执行逻辑,打印出详细的堆栈信息和内存数据。

Subscript Workbench是一个基于浏览器的智能合约集成开发环境(IDE)。Subscript Workbench与以太坊开发环境Remix相似,自带了WASM智能合约开发所需的编译工具。Dapp开发者可以在Subscript Workbench中同步Github中的代码、创建智能合约项目、编译WASM、发布到测试网络。

在智能合约虚拟机开发完成后,Subscript Workbench还可以提供类似Remix的智能合约的在线调试功能,开发者可以选择在浏览器源代码中加入断点,单步调试编译后的WASM代码。

五、Subscript的价值成就

目前,使用WASM运行智能合约环境是Polkadot、ETH、EOS等公链的主流趋势。如果以太坊基础设施的虚拟机(EVM)正准备进行一次彻底的重写。重写后,目前的EVM将被一个名为 EWASM的新虚拟机所取代,这也是WASM虚拟机的以太坊版本。

EVM虽然有较高的兼容性,但需要预编译,同时需要付出Gas作为代价,有着很高的编程成本。这种程序本质上是脚本程序,即由程序翻译指令并执行,而不是由本地机器CPU读取指令并执行,因此效率低下。而Java的操作相对重复繁琐,在执行过程中耗时较长。由于EVM需要预编译,同时需要付出Gas作为代价,实际上在EVM上编程成本很高。同时对于EVM的臃肿毫无帮助。最后,Solidity相比其语言基础C比较难学。而WASM是内存安全、平台独立的,并且可以有效地映射到所有类型的CPU架构。作为Web诞生以来首个Java原生替代方案,其指令集效率高,同时保有足够的可移植性。此外,WASM指令集可以很容易地通过移除浮点指令来确定化,这使它适合于替换EVM语言。

Subscript语言实现了基于波卡Substrate框架的WASM虚拟机兼容。不同于Solidity的EVM兼容,WASM与波卡分片多链结构有着更好的向后兼容能力。开发者使用Subscript语言开发波卡智能合约,不会产生类似以太坊智能合约平台的历史包袱,随着未来波卡Polkadot平行链生态的丰富,这一点将变得至关重要。

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