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本文译者：币友_Anthony，首发于巴比特资讯
原文地点：https://www.researchgate.net/publication/344501038_Smart_Contract_Languages_A_Thorough_Comparison
年中时， IOSG博文有提到过，将会在形式化考证(Formal Verification)方向做一些规划。形式化考证是什么？
而前不久，Algorand宣布的 smart contract language 不是图灵完整的。智能合约开发言语图灵完整重不重要？
倏忽，我发明不仅要对Solidity智能合约开发言语里函数有所相识，更须要相识全部智能合约开发言语生态全景。
本文就智能合约言语作一个比较，除了Solidity外，另有很多别的不为我们所熟知的智能合约言语 如Vyper、Mandala和Obsidian等在差别方向改良智能合约的编写。
然则，就像我们一般只记得第一名一样，如今开发者重要也是集中于运用Solidity举行开发，虽然大概不会是最好的.
智能合约言语，照样一个很早阶段，将来会是一个什么样的状况呢？值得我们憧憬。
近年来，智能合约的生长愈来愈受迎接。然则，这致使它成了歹意权势的新进击对象。近来对智能合约的一些进击已形成数千万美元的丧失。由于智能合约本质上是不可变的，因而须要斟酌新的要领来减缓这些进击。检测软件缺点的一种要领是运用静态代码剖析东西。另一种要领是开发新的智能合约特定编程言语，经由过程设想，抑止已布置代码中某些种别的破绽。像Solidity和Vyper如许的盛行的智能合约言语正在迅速生长，然则研讨人员也在用一些不太着名的言语来寻觅新鲜的改良灵感。
本文，我们将议论智能合约言语设想的近况，并比较这些言语及其对智能合约生长的实用性。将迥殊关注这些言语怎样处置惩罚智能合约开发中固有的平安问题。
智能合约的主意从上世纪90年代就已涌现了，但直到2009年区块链的涌现，它们才得以完成。智能合约能够在不信托的环境中实行可信托的代码。这意味着参与者（用户、计算机应用程序和其他智能合约）能够确保智能合约已实行，效果是合约实行状况的准确示意，而无需信托实行者或智能合约开发者。这完全是经由过程在分布式去中间化、全局和通明的区块链上托管智能合约来完成的。这类新的开发环境支撑一种全新的应用程序，即去中间化应用程序（dApp），但给智能合约的开发者带来了一系列新的应战。
由于智能合约布置在区块链上，所以每一个人都能够检察它们的源代码。区块链也是不可变的，智能合约的寄义是，一旦智能合约被布置，就不能在变动。开发人员必需确保他们正在布置的代码是准确的而且没有bug。因而，须要新的言语来满足这类新环境的详细需求。智能合约中的破绽大概价值奋发，不仅是在平安破绽方面，而且在现实资金方面也是云云，由于智能合约一般治理加密钱银的持有和分发。
本文的其余部份部署以下：在第二节中，我们将引见智能合约的背景和一些平安问题，在第三节中我们将议论相干的事情，在第四节中我们将回忆当前的智能合约开发言语，在第五节中我们将议论和比较这些言语，在第六节我们总结。
智能合约的观点最早由Nick Szabo在1996年提出[1]。直到2015年开发以太坊平台，开发真正的智能合约才变得可行。智能合约是一种自动实行的计算机应用程序，它实行合约时不须要来自第三方的考证。这意味着生意业务两边不须要相互信托就可以举行生意业务。
以太坊是最受迎接的智能合约平台[2]。它供应了一个称为以太坊虚拟机（EVM）的实行环境，它是一种基于客栈的、图灵完整的言语。它类似于汇编，为离散操纵供应操纵码。由于它是图灵完整住手问题实用和实行能够永久运转。为了防备这类状况，为了实行智能合约，挪用者向矿工付出用度。这被称为气体，以以太坊收集的钱银付出，称为以太（ETH）。每笔生意业务都有一个最大的天然气本钱。因而，假如一个事件试图实行比gas所许可的更多的操纵，则抛出异常并回滚事件。
智能合约轻易遭到传统软件布置不容易遭到的特定平安破绽种别的进击。个中包括重入、锁定以太、未处置惩罚的异常和事件次序依靠[3]。以太坊收集上最臭名远扬的平安破绽之一是应用名为TheDAO的智能合约的重入破绽[4]。进击者运用另一个智能合约对DAO智能合约举行递归挪用，捐失金额为5000万美元的ETH。
研讨人员开发了多种要领来减轻这些破绽。一种要领是运用静态剖析东西，如Oyente[5]，在编译字节码以后对其举行剖析，以肯定它是不是包括任何缺点。Perez等人回忆了剖析智能合约的现有东西，发明这些东西检测特定破绽的才能存在较低的堆叠率[3]。比方，在剖析774份合同中的重入缺点时，Oyente和Securify[6]（另一个静态剖析东西）只要23.9%的合约堆叠。在实践中，这意味着开发人员将没法依靠单一东西来一致地发明其应用程序中的破绽实例。
另一种要领是开发新的智能合约言语，使编写具有已知破绽的代码变得难题或不大概。除了solidity，另有其他智能合约编程言语，个中包括 Vyper[7]、Mandala[8]和Obsidian[9]。每种言语都采纳差别的要领来革新现有的东西。在本文的其余部份，我们将剖析智能合约言语，并比较它们减轻破绽的要领。
Parizi等人[10]剖析和比较三种差别区块链的三种差别言语。它们包括以太坊的Solidity，Kadena区块链的Pact，以及Tezos区块链的Liquidity。然后，他们举行了一个试验，招募开发人员进修这些言语，并实行了三个智能合约，以肯定这些言语在新开发人员的可用性方面怎样叠加。Solidity被认为是最轻易进修的言语。另一方面，他们在以Pact和Liquidity编写的智能合约中没有发明已知的平安破绽，而在以Solidity编写的智能合约中却发明了重入和拒绝服务破绽。
Harz和Knottenbelt[11]研讨智能合约言语和形式化考证要领。它们斟酌每种言语的范式、语义、平安关注点、指令集和器量属性。他们还回忆了个中一些言语的形式化考证东西，并形貌了这些东西怎样很好地检测智能合约中的破绽。他们指出，言语的设想会对考证东西的有效性产生影响。
Jansen等人 问了一个问题，智能合约言语是不是须要图灵完整。他们剖析了以太坊区块链上布置的智能合约，发明只要35.3%的合约运用while轮回、for轮回或递归。他们的结论是，非图灵完整言语关于智能合约开发的大多数场景都是有效的。
智能合约言语的开发仍处于初期研讨阶段。少数言语已很少被运用了。其他的，如Mandala[8]和Obsidian[9]，仍处于观点化和完成阶段。在这项研讨中，我们斟酌了能够被视为死亡了的言语、正在被开发的言语和正在被制造的言语。表中我展现了这里斟酌的一切言语和一些相干的细节。
A、 Solidity
Solidity[14]是大多数开发人员在以太坊收集上竖立智能合约时的默许言语。它是为编写智能合约而设想的。图1显现了2016年1月至2020年1月时期运用Solidity和Vyper on Stack Overflow标签的问题数目。此处议论的其他言语的标记未显如今搜刮效果中。
它的重要组织是合约，它是面向对象言语中类的剖析。Solidity合约具有可见性modifiers的函数，能够经由过程收集将值返回给挪用者。Solidity的一个新特性是modifiers，它本质上是一个封装另一个函数的函数，但经由过程将modifiers称号增加到函数署名中来挪用。虽然在很多状况下都很有效，然则这个特性殽杂了开发人员的企图，而且常常被疏忽。由于以太坊上的智能合约没法调试以遵照其实行流程，因而尽量明白地设置函数异常重要。图2示出了简朴钱包合约的完成以及称为onlyOwner的modifiers的运用，其目的是将大众功用限定为合约的一切者。能够看出，modifiers就像函数署名自身的言语级症结字一样运用。开发人员很轻易疏忽是不是对函数应用了modifiers，这会致使毛病的平安感。另外，它殽杂了代码实行流程。
B、 Vyper
以太坊收集上第二种最盛行的言语是Vyper[7]，它是一种智能合约言语，其语法受Python启示。它防止了图灵的完整性，制止在数据组织上轮回，而且不许可递归。轮回依然是许可的，但条件是迭代计数能够在编译时肯定。它运用解释来修正以太坊虚拟机的功用可见性和特性，比方应付款。
图3显现了Vyper中的一个示例合约。合约是一个简朴的银行。它接收存款，并许可来电者一次存款。这里须要注意的是@nonreprent解释。在统一个函数中挪用另一个函数的锁。假如没有如许的功用，挪用者能够在统一事件中从新输入此函数，并在挪用者余额设置为零之条件取该合同的一切资金。
C. Obsidian
Obsidian[9]，[15]是一种与区块链无关的编程言语。它用范例引入状况信息，称为Typestate。一切对象援用能够是具有的，也能够是无主的。一个对象只能有一个具有的援用，但能够有多个无主援用。现实上，这意味着在给定的事件时期只要一个挪用函数能够转变对象的状况。Obsidian的另一个新特点是它的客体状况机制。对象的每一个状况定义都能够定义一组字段，这些字段只要在对象处于给定状况时才有效。
图4显现了用Obsidian编写的智能合约示例。运用存款功用，来电者将钱存入钱包，钱包的状况从空转满。当挪用方退出时，起首须要取得对钱银的援用，由于一旦状况转换回空，字段钱银就不再可用。
D、 Flint
Flint[16]不再处于主动开发阶段，但它为智能合约专用编程言语的开发引入了一些新鲜的头脑。这三个症结头脑是：
1） 挪用者功用。每一个大众函数必需包括外部挪用方能够接见此函数的声明。另外，编译器将剖析这些函数以查找对内部函数的援用，以确保挪用方能够接见内部函数。
2） 资产。这些是特别范例，比方Ether，不能被复制、烧毁或毛病地竖立。
3） 限定写入状况。每一个对智能合约的内部状况举行变异的函数都必需显式地运用mutating症结字举行解释。
在图5中，有一个用Flint编写的智能合约示例。声明智能合约有多个步骤。起首是合约的定义和字段的声明。接下来声明函数。它们按挪用方功用分组。如图所示，存款和存款功用只能由已在资金图中的挪用者接见。
E、 LLL
LLL（Low level Lisp like Language）是以太坊虚拟机的汇编程序以后开发的第一种言语[17]，它只是围绕着汇编程序自身的一个薄薄的包装器。它有一个受Lisp启示的语法，每一个智能合约都是一个s表达式。它供应对实行环境内存的直接接见，而且能够针对速率和更小的二进制大小举行优化。它是图灵完整的，许可程序员接见EVM中可用的任何功用。
F、 Bamboo
Bamboo[18]是一种面向以太坊虚拟机的智能合约言语。它的语法有点类似于Solidity的语法，而且支撑一切雷同的默许范例。该言语的目的是显式地建模状况转换。函数返回时必需显式声明当前协议的状况。状况被建模为具有一组离散函数的多个合约，这些函数仅在合约处于给定状况时可用。
图7中的列表展现了另一个示例钱包智能合约。有三种状况：钱包，空墙，满墙。钱包状况是在合约布置时期实行的初始状况。假如我们须要更多的初始化，我们将在默许块中举行初始化，而不是立行将合约转换为空wallet状况。在合约中，它有一个映照状况的接见权。挪用方将资金存入钱包后，它将转换为FullWallet状况，如今只能挪用存款函数。
G、 Mandala
Mandala[8]是一种在研讨生长阶段提出的言语。它的定义特性是运用代数数据范例。这些范例有多个组织函数，每一个组织函数都有多个字段。它支撑Java等泛型范例。该言语的重要设想目的是平安性和可审计性，因而它不是图灵完整的，不许可在编译时上线未知的轮回。
图8显现了另一个钱包示例。每一个Mandala智能合约由多个模块构成，这些模块限定功用和对状况的接见，这与Bamboo运用左券治理状况的体式格局异常类似。在这类状况下，合同很简朴，没有必要。Drop症结字意味着任何挪用方都能够删除此值而不运用它，Persist症结字示意能够耐久化该值。范例也被参数化，因而能够设想出多种钱包范例，比方Wallet[Eth]、Wallet[Btc]。在存款功用中，金额值是经由过程参数剖析从钱包对象中提取出来的，而不是直接援用。
如今，Solidity是开发新型智能合约项目的最好挑选。它供应了一个壮大的东西、文档和示例生态系统。很多智能合约和去中间化的应用程序都是用Solidity构建的，并布置了以太坊区块链，天天处置惩罚大批生意业务。它正在主动的开发中，言语设想者正在增加新的功用，迫使开发人员明白他们的企图，防止简朴的毛病。
第二个不错的挑选是Vyper，但它远不及文档和开发人员东西那样牢靠。尽管云云，它的设想更注意平安性，并供应了很好的保护措施来防备轻易被应用的破绽。它类似于Python的语法使很多开发人员熟习它。
这里议论的其他言语还不够成熟或开发不够活泼，不足以在新的开发项目中仔细斟酌。LLL现实上是由Ethereum基金会运用的一些初期智能合同，然则它的语法和对低级别内存治理的请求使得它很难从新命名。Mandala还没有编译器。虽然它显现了平安治理状况的愿望，但它处置惩罚范例的体式格局与已竖立的言语大不雷同，因而呈现出峻峭的进修曲线。Bamboo有一种治理状况的新要领，它迫使开发人员明白意想到在智能合约的全部生命周期中，哪些功用和应用程序状况是可用的。然则，这个项目已两年没有新的提交了，而且缺乏编译器以外的任何东西。Flint是一种万马齐喑的言语，除了最初形貌其设想的研讨论文外，我们没法找到任何信息。因而，尽管它引入了很多有助于编写更平安的智能合约的功用，但关于开发来讲，这是一个不大概的挑选。Obsidian仍处于初期生长阶段。它显现了它的远景，由于它专注于开发人员的人机工程学和平安性，然则它的一切权观点加上TypeState，使得开发人员能够一会儿记着很多可挪动的部份。
如今，智能合约开发言语的远景相对较小，但对新要领的研讨很多，现有的言语也在频仍地变化。当前追求图灵完整并供应面向对象特性的言语，虽然功用壮大，但已表明用它们编写的智能合约轻易遭到严重毛病的影响。将一种言语的特性限定到不再图灵完整的水平，这类要领有助于消弭某些类的毛病，但请求开发人员以基础差别的体式格局编写代码，而不须要运用轮回或递归。使人惊奇的是，最适合智能合约编程的函数式编程范式只要两种死的言语来示意。由于一个可应用的bug的本钱云云之高，因而须要对智能合约编程言语的开发举行更多的研讨，这类言语限定了副作用，而且依然具有优越的开发人员工效学。
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