基于區(qū)塊鏈技術框架的Substrate智能合約平臺解析

運行節(jié)點

1. 接入測試網(wǎng)

請參考加入 ChainX 測試網(wǎng)的相關說明：

完成相關配置后，應保證節(jié)點同步到最新，錢包相應配置完成。

2. 運行本地節(jié)點

請參考 ChainX Dev 模式的相關說明：

完成相應配置后，請保證已經(jīng)出塊超過150個區(qū)塊，因為150個塊后才會對 Alice 發(fā)放第一層次獎勵。

若需要反復測試，可以對超過150個塊后的區(qū)塊數(shù)據(jù)進行備份，若需重新啟動，則只需要刪除老數(shù)據(jù)目錄，使用備份數(shù)據(jù)目錄替換即可。

ChainX 上的 Substrate Contracts 智能合約平臺

Substrate 作為第一個區(qū)塊鏈領域的技術框架，讓開發(fā)者能夠專注于鏈的運行時邏輯，而不用再花費大量的時間精力構建區(qū)塊鏈底層的基礎設施。此外， Substrate 默認提供了很多功能模塊，比如 Staking， Consensus，方便框架使用者根據(jù)自己的需求進行自由組合和定制。合約模塊就是其中的一個功能模塊，不管是任何一條基于 Substrate 技術的獨立鏈，還是未來的平行鏈，只要集成了合約模塊，就可以成為一個智能合約平臺。

本次 ChainX 智能合約平臺的主要實現(xiàn)方式就是集成 Substrate 的合約模塊，并進行適配。ChainX 的合約功能與 Substrate 默認的合約模塊主要區(qū)別如下：

1. 取消合約存儲收費的設計。合約存儲收費簡單來說就是當合約部署到鏈上以后，根據(jù)該合約在鏈上所占存儲的大小和該存儲的占用時間收取一定的費用，當合約賬戶因為余額不夠無法支持存儲費用時，合約就會被刪除，甚至可能無法恢復。即使合約被刪除后可以恢復，目前的合約恢復可操作性也是極低，可能會對目前的合約開發(fā)造成極大的困擾。因此，我們目前決定暫時取消合約存儲收費，只收取合約調用的 Gas 費用，也就是與目前以太坊的收費設計一致。當合約存儲收費的模型成熟后，可以重新啟用這個設計。

2. 使用適配后的 chainx-org/ink 編寫合約。 chainx-org/ink fork 自 paritytech/ink，主要改動在于引入了 DefaultXrmlTypes 替代 DefaultRrmlTypes來適配 ChainX 的 runtime：

· 關聯(lián)類型 Balance 從 u128 改為 u64.

· 適配關聯(lián)類型 Call 以支持 PCX 轉賬和將跨鏈資產(chǎn)劃轉過去的 XRC20 Token 轉回 ChainX 跨鏈資產(chǎn)，合約開發(fā)者可以基于 PCX 和 ChainX 的跨鏈資產(chǎn)設計自己的 Dapp。

除了以上兩點改動，在合約編寫上與 paritytech/ink 保持一致，目前合約寫法仍然采用 ink1.0 的寫法，后續(xù)我們將會升級使用 ink2.0.

ink 合約編寫相關資源：

· substrate-contracts-workshop： ink 官方教程

· polkaworld-org/workshop： polkaworld 合約相關技術講座

與 Gas 相關的參數(shù)配置

Schedule {

version： 0， // 配置版本

put_code_per_byte_cost： 200， // 設置wasm代碼時，每字節(jié)需要的Gas

grow_mem_cost： 1， // 單頁中內存增值需要的Gas

regular_op_cost： 1， // 普通操作符Op需要的Gas

return_data_per_byte_cost： 1， // 返回值每字節(jié)消耗的Gas，因此對于合約見互相調用應仔細設計這個值

event_data_per_byte_cost： 20， // 合約中 event 每字節(jié)消耗的Gas

event_per_topic_cost： 1， // 合約中 event 每個topic消耗的Gas

event_base_cost： 1， // 合約中每個event要消耗的基礎Gas，例如每打一個event就要先減少這個值的Gas

call_base_cost： 60000， // 調用合約或合約調用合約消耗的基礎Gas，例如每調用一個合約函數(shù)需要減少這個值的Gas

instantiate_base_cost： 200000， // 合約初始化（實例化）消耗的基礎Gas

sandbox_data_read_cost： 1， // 合約中讀取一個字節(jié)消耗的Gas

sandbox_data_write_cost： 1， // 合約中寫入一個字節(jié)消耗的Gas

max_event_topics： 4， // 一次調用中最多可以打的event個數(shù)

max_stack_height： 64 * 1024， // 合約中棧的最大值

max_memory_pages： 16， // 合約執(zhí)行中最大的頁數(shù)

max_table_size： 16 * 1024， // 合約中最大數(shù)據(jù)結構表數(shù)

enable_println： false， // 是否允許合約中出現(xiàn) print

max_subject_len： 32， // 最大的PRNG subject數(shù)

}

當前 ChainX 中默認的 Gas Price 為5

其中請留意put_code_per_byte_cost，call_base_cost，instantiate_base_cost。因此在 ChainX 中：

· 設置 WASM 合約代碼的代價比較大，因此建議合約開發(fā)者仔細設計及模塊化自己的合約代碼，不鼓勵過多的設置合約代碼

· 實例化一個合約的代價稍大，因此建議合約開發(fā)者盡量重用已實例化過的合約實例

· 調用一個合約的代價一般，因此建議合約開發(fā)者精簡自己的合約，集中在一個合約中處理邏輯。

· Event 最多只能打4個，因此需要合約開發(fā)者小心設計 Event。

部署及調用合約

對于部署及調用合約，請參考 ChainX 的錢包相關部分：

· 合約功能部分

· 合約開發(fā)獨立部署組件開發(fā)調試合約

開發(fā)調試合約

我們強烈建議：

1. 合約開發(fā)者在 ChainX Dev 節(jié)點下開發(fā)調試合約，因為很多錯誤信息只會在節(jié)點日志中出現(xiàn)。

2. 在 Dev 模式下可以在合約中使用env.println，而在主網(wǎng)和測試網(wǎng)中一定要將合約中的env.println刪除。

3. 合約無論是執(zhí)行還是方法的返回值都可以通過 RPC 在不打包的情況下調用，建議合約開發(fā)者可以先使用 rpc 調用模擬合約執(zhí)行情況

一些異常錯誤

日志中與合約相關的日志均含有［runtime|xrml_xcontracts］字段，因此若只關心合約及合約執(zhí)行結果，只需要對日志 grep：

· tail -f log/chainx.log | egrep “xcontracts|apply_extrinsic”

若設置，部署，調用合約不成功，可以參考如下問題列表：

1. 設置合約代碼相關

1. 合約部署時 gas limit 提供的不夠

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］［apply_extrinsic］ failed： there is not enough gas for storing the code

因為 ChainX 中put_code_per_byte_cost設置得比較大，因此合約部署者應注意部署合約時提供的 gas limit 是否足夠。一般情況下應大于len（wasm） * put_code_per_byte_cost

2. wasm 合約時，在組件間調用時因 wasm 過大，導致 wasm 被裁剪，部署不完整 wasm

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］［apply_extrinsic］ failed： Can‘t decode wasm code

此時請檢查組件調用是否會裁剪 wasm

3. wasm 合約已經(jīng)存在于鏈上，對于相同的合約，不應該重復設置代碼

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］［apply_extrinsic］ failed： the code is already stored on chain

開發(fā)者自己編寫工具時，請一定在上傳代碼前通過 sdk 的相關接口檢查合約是否已經(jīng)在鏈上。

4. 合約中含有ext.print，在自己測試能部署，在測試網(wǎng)與主網(wǎng)上不能部署

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］［apply_extrinsic］ failed： module imports `ext_println` but debug features disabled

請注意在測試網(wǎng)和主網(wǎng)中，一定要將ext.print從合約中刪除，或者使用條件編譯控制

2. 部署合約代碼相關

1. 合約實例已經(jīng)存在，請勿重復實例化。

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］［apply_extrinsic］ failed： Alive contract or tombstone already exists

在 ChainX 合約（Substrate Contracts）模型中，生成合約地址的方式為：

hash（code_hash + hash（input_data） + deployer）

因此相同的部署者對于相同的一份合約使用相同的實例化參數(shù)，最后的合約結果都是一樣的。若需要用相同的 wasm 代碼，相同的參數(shù)實例化另一個實例，請換一個賬戶

2. 參數(shù)傳遞錯誤，或者在實例化過程中崩潰，無法實例化

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］［apply_extrinsic］ failed： during execution|Failed to invoke an exported function for some reason|wrong selector， decode params fail or inner error

請檢查參數(shù)和合約代碼，如：

· 實例化接收的參數(shù)是 u128，但是傳遞過去的是 u64

· 合約中的存儲未初始化就進行加減操作/溢出/有 panic 異常。..

3. 部署達到了 gas limit

錯誤見下文

3. 調用合約代碼相關

1. 合約調用或內部崩潰

· 調用合約傳遞的 selector 不匹配，或參數(shù)編碼錯誤

selector 請一定按照編譯合約生成的的abi.json或者old_abi.json去調用，若使用不存在的 selector 則會調用不成功。編碼錯誤同理

· 調用的方法中出現(xiàn)異常，如使用未初始化存儲

struct Incrementer {

value： storage：：Value《u32》，

}

impl Deploy for Incrementer {

fn deploy（&mut self） {

// not init value

}

impl Incrementer {

/// Flips the current state of our smart contract.

pub（external） fn inc（&mut self， by： u32） {

// 在日志中能看得到這一句日志

env.println（&format?。ā癐ncrementer：：inc by = {：？}”， by））;

self.value += by; // 調用未初始化的存儲

}

因此需要調試是因為參數(shù) /selector 錯誤還是合約內部出錯，請在合約內部打日志即可判定

· 溢出或 panic

具體請參考代碼

2. 調用過程中達到了 gas limit

［runtime|chainx_runtime：：xexecutive|183L］［apply_extrinsic］ failed： during execution|Failed to invoke an exported function for some reason|reach gas limit

請通過 rpc 接口chainx_contractCall在非打包過程中去嘗試得到適合的gas limit，建議覆蓋合約執(zhí)行中最遠的執(zhí)行分支。

通過 grep 日志：

可以看到這次調用中的 gas 耗費，其中

注意該部分消耗指的是在合約中的 Gas 執(zhí)行的消耗，真實支付的 PCX 還要再加上調用合約方法的外部手續(xù)費。

· gas_payment為gas_limit*gas_price的值，是調用者暫存的 PCX

· refund是執(zhí)行完成后返回的 PCX

· real cost是真實消耗的PCX

· gas_spent是消耗的 gas

ChainX 智能合約中的跨鏈資產(chǎn)

當前 ChainX 智能合約中只支持比特幣

ChainX 智能合約中多幣種的實現(xiàn)方式

由于 Substrate Contracts 智能合約平臺模型與以太坊智能合約模型相似，對于多幣種的處理是“本幣+代幣”模型。

針對這種模型，ChainX 的智能合約上的跨鏈資產(chǎn)采用合約代幣模型，因此在 ChainX 上 PCX 將會類似以太坊一樣對智能合約提供 gas 及本幣流通的價值，對于 ChainX 上的跨鏈資產(chǎn)以合約代幣的形式引入。

使用代幣模型而不是將多幣種直接引入合約基于如下考慮：

1. 以太坊代幣合約已經(jīng)比較成熟，因此對于合約開發(fā)者在代幣模型下可以比較容易的將以太坊合約遷移到 ChainX 智能合約平臺上。

2. 若在合約中引入多幣種的概念，將會極大修改 Substrate Contracts 的模型，容易引入非預期問題。

當前 ChainX 實現(xiàn)智能合約中的比特幣采用 XRC20 模型，根據(jù)合約開發(fā)者的反饋，將來也可采用其他標準。目前已經(jīng)考慮的代幣模型有：

XRC20 （原以太坊 ERC20）

XRC721 （原以太坊 ERC721）

XRC777 （原以太坊 ERC777）

ChainX 資產(chǎn)中的多幣種與合約中代幣的轉換

ChainX 上的比特幣 X-BTC

當前 X-BTC 對應于智能合約平臺中采用的代幣模型為 XRC20。用戶可以自由發(fā)起交易讓 ChainX 的 X-BTC 與合約平臺中的 XRC20 互相轉換。

其中 ChainX 修改了 ERC20 合約標準（XRC20），添加了issue，destroy兩個接口。并首先將一個合約部署到鏈上并實例化，同時在鏈上唯一指定了這個合約實例，因此除指定的實例以外的代幣實例均不被 ChainX 的 Runtime 承認

其中：

· issue 只能被 Runtime 中的交易convert_to_xrc20調用，不可通過直接調用合約方法調用。通過交易convert_to_xrc20調用后，將會把該用戶的資產(chǎn)轉移到合約實例下，并在合約中對該發(fā)送交易的賬戶自動發(fā)放相應的金額。

· destroy 能被用戶調用，用于將合約中的資產(chǎn)轉移到 ChainX 資產(chǎn)模塊中。其中首先銷毀了合約中對應的代幣，然后合約中會自動調用convert_to_assets將資產(chǎn)從合約中返回給用戶，而convert_to_assets不可通過外部交易調用。

ChainX 上的 XRC20

XRC20 項目

部署于 ChainX 上的 XRC20 項目為：

https://github.com/chainx-org/xrc20

針對 XRC20，ChainX 已經(jīng)提供了2個對應的 RPC 可進行操作：

· chainx_contractXRCTokenInfo

· chainx_contractXRC20Call

ChainX 錢包導入 XRC20 abi

當前錢包還未集成 XRC20 的 abi，因此需要開發(fā)者手動添加。

1. 獲取鏈上指定的 XRC20-BTC 合約實例地址：

調用 rpc chainx_contractXRCTokenInfo 可在返回值中看到鏈上已經(jīng)存在的 XRC20-BTC 合約地址公鑰

2. 參考［合約功能部分|實例化合約］（ wallet#2. 實例化合約（部署合約））部分的第3節(jié)，通過“添加已存在的合約”的方式，將該 ERC20-BTC 合約地址的公鑰填入，然后在 XRC20 項目中的target/abi.json的 abi 文件上傳即可添加該合約實例。

主網(wǎng)與測試網(wǎng)-道

對于主網(wǎng)與測試網(wǎng)-道，該針對 X-BTC 的合約實例已經(jīng)部署且被設置完成。合約開發(fā)者或用戶只需要在合約平臺上導入該項目中的abi 文件target/abi.json即可調用合約。其中該XRC20的地址可以通過rpc chainx_contractXRCTokenInfo 獲取到。

ChainX Dev 節(jié)點

對于 ChainX Dev 節(jié)點而言，該合約沒有被內置。因此若需要調試和智能合約上的比特幣相關操作，需要：

· 在 ChainX Dev 中設置 XRC20-BTC 合約

· 發(fā)放測試使用的假 X-BTC

在xrc20項目中已經(jīng)提供了一個腳本執(zhí)行這兩件事情，詳情請參考 README。

該腳本默認使用 Alice 的私鑰（見 ChainX Dev 模式的開頭部分）執(zhí)行。請注意執(zhí)行該腳本至少需要等待已經(jīng)出了150個區(qū)塊后（ Alice 才會具備資產(chǎn)執(zhí)行交易）。

若 PCX 不足，該腳本也提供了從 Alice 驗證者領取獎池的操作。

責任編輯；zl

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