📜 [專欄新文章] The next generation Ethereum Virtual Machine — Ewasm VM
✍️ Peter Lai
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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

The next generation Ethereum Virtual Machine — Ewasm VM was originally published in Taipei Ethereum Meetup on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

👏 歡迎轉載分享鼓掌

問：office 32位元/64位元在執行上有何差異?
答：有office版本上的差異，但在執行上，使用上你完全感覺不到有什麼差異，如果不跟你講這是32或64位元，你完全猜不出來，簡單講就是一樣的。

那你又會問了，如果都是一樣的，為什麼要分32位元或64位元？（這個等一下會講到）

[ADI物聯網新品再登場]: ADI新微控制器系列延長物聯網應用電池壽命且不犧牲安全性和可靠性

(2016年2月24日台北訊) Analog Devices, Inc.( ADI)亞德諾半導體公司推出 ADuCM302x 系列超低功耗微控制器，讓物聯網應用在享有更長電池壽命和更低營運成本的同時，還不會犧牲安全性和可靠性。由於ADuCM302x所消耗的電流在主動模式下少於 38 uA/MHz，在待機模式下少於 750 nA，所以讓它可在電池更換或再次充電之間實現更長的運作時間，從而可提供一個更好的最終使用者體驗和更低的維護成本。這種效率讓設備製造商因可減少所需電池的數量和縮小電池的尺寸，從而降低了成本，並且讓無法進行電池更換的新應用得以實現。

市場上的替代方案為了實現效率基準，往往會犧牲一些關鍵性的功能，與它們不同的是，ADuCM302x 系列仍保有完整的可靠性和安全性。這些在連接解決方案中擔任大腦功能的微控制器，正說明了ADI要為物聯網提供系統級解決方案的發展重點，並讓下達智慧決策的位置更接近感測器。此一系列產品可補足ADI在相容感測和無線通訊技術領域廣泛的產品組合，此外，它們還有軟體和硬體開發工具的支援，可協助整合商來優化針對獨特應用需求所開發的解決方案。

．瀏覽產品頁面、下載資料手冊、訂購樣品和評估板：

http://www.analog.com/ADuCM3029.html

．要進一步了解ADI微控制器的產品組合:

http://www.analog.com/…/proces…/analog-microcontrollers.html

•與ADI線上技術支援社群EngineerZone®的工程師與專家聯繫：https://ez.analog.com/community/analog-microcontrollers

ADuCM3027 和 ADuCM3029 是ADuCM302x系列最先推出的產品，兩者只有快閃記憶體容量上的差異(分別是128 K 和 256 k)。這兩款產品在獨立的產業聯盟—EEMBC(嵌入式微處理器基準聯盟)(Embedded Microprocessor Benchmark Consortium)所建立的ULPBench™認證分數，獲得了出色的 245.5 分，此成績勝過其他通用型的處理器。32 位元ARM ® Cortex®-M3 處理器的配置容易，可以很容易地就能達成性能和功率之間的平衡，同時還可提供關鍵的安全性和可靠性功能。由硬體和軟體保護機制組合所實現且速度更快的加密可提供讀取保護功能，以防止未經授權的使用者讀取裝置內容。此外，內電路(in-circuit)的寫入保護功能則能防止元件被未經授權的代碼重新程式設計。透過避免可能會導致誤操作或系統崩潰的訛誤，讓待機模式下的電壓監測和快閃記憶體的錯誤校正提高了可靠性。

ADuCM302x 系列的主要特點
．單電源操作
．具有MPU且高達26 MHz 的ARM Cortex-M3 處理器
．具有ECC且高達256 Kbyte的嵌入式快閃記憶體
．較低有效功率時，提供4k快取記憶體選項
．具有同位(parity)的64 Kbyte系統 SRAM
．整合式電源管理，具有可改善效率的降壓轉換器選項
．自動時間戳記，允許使用 Flex RTC 實現感測器同步

更新Windows10 後每次開機小紅傘就會跳出更新畫面，修改登錄檔之後每次開機就不會再跳出討厭的訊息了。

手動修改登錄檔：
如影片教學，影片是以64位元win10做教學，32位元的有一點差異。

-- 64位元 --
位置：[HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\WOW6432Node\Avira\Antivirus]
鍵值："AreWin10DriversInstalled"=dword:00000001

-- 32位元 --
位置：[HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Avira\Antivirus]
鍵值："AreWin10DriversInstalled"=dword:00000001

自動修改登入檔：(本人沒試過有需要可以自行下載試看看)
下面是小紅傘提供的登錄檔修正(壓縮檔)，直接執行即可；執行前要先將小紅傘解除保護登錄檔。
http://download1512.mediafire.com/p78490w33dkg/2k3qf2uz0b878wb/Win10UpdateMessage.rar