CN108196872A - 一种区块链系统中智能合约的升级方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种区块链系统中智能合约的升级方法，包括如下步骤：A、在语言层面上，使支持一个合约在符合安全约束的前提下直接读写另外一个合约中的状态变量；在代码运行时，通过星云链虚拟机NVM为该状态变量提供单独的存储区域，以便供其他合约直接访问；B、在语言层面提供shared关键字，使用该关键字修饰的状态变量能够被其他合约访问；C、将语言层面所定义的shared关键字被相应的编译器前端翻译为预先定义完成的函数，生成底层虚拟机LLVM字节码。利用本发明的升级方法提供的升级机制，能够在解决智能合约可升级问题的同时，确保智能合约的安全性。

Description

一种区块链系统中智能合约的升级方法

技术领域

本发明涉及区块链技术，尤其涉及一种区块链系统中智能合约的升级方 法。

背景技术

当前区块链技术被认为是继蒸汽机、电力、互联网之后的下一代颠覆性 的核心技术。如果说蒸汽机释放了人们的生产力，电力解决了人们基本的生 活需求，互联网彻底改变了信息传递的方式，那么区块链作为构造信任的机 器，将可能彻底改变整个人类社会价值传递的方式。

区块链技术(Blockchain Technology,BT)是一种互联网数据库技术，其 特点是去中心化、公开透明，允许每个人均可参与数据库记录。区块链的基 本概念包括：交易(Transaction)，一次操作，导致账本状态的一次改变， 如添加一条记录；区块(Block)，记录一段时间内发生的交易和状态结果， 是对当前账本状态的一次共识；链(Chain)，由一个个区块按照发生顺序 串联而成，是整个状态变化的日志记录。

如果把区块链作为一个状态机，则每次交易就是试图改变一次状态，而 每次共识生成的区块，就是参与者对于区块中所有交易内容导致状态改变的 结果进行确认。

假设数据库是一本账本，读写数据库就可以看做一种记账的行为，区块 链技术的原理是在一段时间内由一部分人来记账，然后将账本的这一页信息 发给整个系统里的其他所有人。这也就相当于改变数据库所有的记录，发给 全网的其他每个节点，所以区块链技术也称为分布式账本(Distributed Ledger) 技术。区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算 机技术的新型应用模式。

1994年，密码学家尼克·萨博(Nick Szabo)在论文《智能合约》(Smartcontracts)中首次提出了“智能合约”这一技术术语。所谓智能合约，是一套 以数字形式定义的承诺(promises)，包括合约参与方可以在上面执行这些承 诺的协议。在物理上，智能合约的载体是计算机可识别并运行的计算机代码。 一个智能合约是一个计算化交易协议，用来执行合约条款。智能合约设计的 最初目的是为了满足一般的合同条件(如支付条款，扣押令，私密性，甚至 是执法)，最大限度减少恶意和意外的状况，最大限度减少使用信任式中间 媒介。从本质上讲，这些自动合约的工作原理类似于其他计算机程序的 if-then语句。智能合约只是以这种方式与真实世界的资产进行交互。当一个 预先编好的条件被触发时，智能合约执行相应的合同条款。

随着以比特币为代表的区块链技术有了实用价值的应用，特别是金融和 物联网领域，智能合约开始被广泛使用。以以太坊为代表的的区块链系统中， 其智能合约的设计是代码一经部署，不可变化，代码逻辑从部署的时刻起， 便永远不再具有升级的能力。如果将智能合约作为协议来看，不可变化是其 要求的，代表着一种协议的约定，运行行为都是确定性的。

但是随着智能合约开始获得越来越多的使用，其流程和代码也变得越来 越复杂，人们发现，就像现实世界的合同一样，如果没有认真审核的话，在 设计和编码过程中难以避免人工失误的产生，一旦被黑客找到漏洞，损失往 往是巨大的。2016年6月的The DAO攻击事件，由于一个代码缺陷，导致 了以太坊用户造成6000万美元的损失；最近又由于Parity钱包的漏洞，造 成的损失价值3000万美元。因此，智能合约的安全性，是一个亟待解决的 技术问题，而设计一个智能合约可升级的方案，便是解决其安全性的有效途 径。

当前，在以太坊上的智能合约可升级设计有一些解决方案，大体上分为 两类：一类是对外公开代理合约(Proxy Contract)，代理合约的代码非常简 单，仅仅把请求转发给后台的真正的功能合约。当需要升级合约时，把代理 合约的内部功能合约指针指向新的合约即可；第二类则是把合约的代码和存 储分离，存储合约负责提供分法，供外部合约读写内部状态，代码合约做真 正的业务逻辑，升级时只需要部署新的代码合约，不丢失所有的状态。这两 类方案都有其局限性，不能解决所有问题：合约的代码和存储分离在设计上 增加了很多复杂度，有时候甚至不可行；代理合约虽然能够指向新合约，但 是旧合约的状态数据并不能迁移；有些合约在开始开发时，没有良好的设计， 没有为以后的升级留下接口。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种区块链系统中智能合约的升 级方法，通过设计一套可持续升级的机制，在解决智能合约可升级问题的同 时，确保智能合约的安全性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种区块链系统中智能合约的升级方法，该升级方法包括如下步骤：

A、在语言层面上，使支持一个合约在符合安全约束的前提下直接读写 另外一个合约中的状态变量；在代码运行时，通过星云链虚拟机NVM为该 状态变量提供单独的存储区域，以便供其他合约直接访问；

B、在语言层面提供shared关键字，使用该关键字修饰的状态变量能够 被其他合约访问；

C、将语言层面所定义的shared关键字被相应的编译器前端翻译为预先 定义完成的函数，生成底层虚拟机(LLVM)字节码。

其中：步骤B还包括：

设定升级合约和老合约必须是相同的creator；在运行时，使新的合约部 署后，老的合约选择self-destruct，不能再被访问，但是shared变量依然被 永久保留；使新的合约完全继承老合约中标记为共享的状态变量。

步骤C之后进一步包括：使智能合约提交时以字节码形式进入区块链系 统中，并在星云链虚拟机NVM中执行。

本发明的区块链系统中智能合约的升级方法，具有如下有益效果：

该区块链系统中智能合约的升级方法，通过提供一种简洁的智能合约的 升级方案，利用所提供的可持续升级的机制，能够不断解决智能合约应用中 产生的各种问题，从而确保智能合约应用的安全性。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明区块链系统中智能合约的升级方法 作进一步详细的说明。

为了实现智能合约的可升级，虽然目前有很多智能合约编程的最佳实践， 以及更严格的审核流程，甚至出现形式化验证工具，通过数学证明的方式验 证智能合约的确定性。但是，智能合约既然包含代码，就不可能没有漏洞存 在。回顾我们现在的中性化的互联网世界，各种互联网服务都是可升级设计， 通过升级以弥补开发过程中无意产生的各种漏洞。我们认为，任何一个完善 的应用系统，都不可能避免漏洞这类缺陷的存在，完美的应用系统是通过逐 步演化而不是设计出来的。因此，我们设计了一种简洁的智能合约的升级方案，旨在通过可持续升级的机制，不断解决智能合约应用中产生的各种问题， 从而确保智能合约应用的安全性。

本发明实施例区块链系统中智能合约的升级方法，主要包括如下步骤：

步骤11：在语言层面上，使支持一个合约在符合安全约束的前提下直接 读写另外一个合约中的状态变量；在运行时，通过星云链虚拟机(Nebulas Virtual Machine，NVM)为该状态变量提供单独的存储区域，以便供其他合 约直接访问。

例如，设一个令牌(Token)合约，智能合约代码如下表1所示：

首先需要对在原始合约中使用shared关键字修饰balances。

假设原代码transfer函数需要修改一个bug，对_value做检查，部署新的 智能合约代码，其代码如表2所示：

步骤12：在语言层面提供shared关键字，使用该关键字修饰的状态变 量能够被其他合约访问。

为了保证安全，升级合约和老合约必须是相同的creator，否则运行时会 抛出异常。在运行时，新的合约部署后，老的合约可以选择self-destruct，不 能再被访问，但是shared变量依然被永久保留。新的合约可以完全继承老合 约中标记为共享的状态变量，相应的，全部的状态都不会丢失，不需要做额 外的迁移工作。

步骤13：将语言层面所定义的shared关键字被相应的编译器前端翻译 为预先定义完成的函数，生成底层虚拟机(Low Level Virtual Machine,LLVM) 字节码。

智能合约提交时以字节码形式进入区块链系统中，并在星云链虚拟机 (NVM)中执行。

这里，所述LLVM是一系列高度模块化的编译器和工具链技术的集合， 包括Google、Apple公司在内的公司都使用它做为代码编译框架。LLVM提 供了一套中立的中间表示(LLVM IR)和相应的编译基础设施，并围绕这些 设施提供了一套全新的编译策略，包括对LLVM IR的优化、LLVM IR到不 同硬件平台的代码生成、LLVM IR到LLVM Byte Code的代码生成以及 LLVM Byte Code在不同硬件平台上通过LLVM即时编译器(JIT)直接执 行。

所述NVM是依托LLVM构建的。首先，我们提供区块链底层API库； 然后，为不同语言(如Solidity,JavaScript,C/C++,Go等)构建生成LLVM的 编译器前端；最后，利用LLVM提供的工具链，生成LLVM Byte Code。最 终，LLVM Byte Code通过LLVM的JIT引擎运行在NVM提供的安全沙箱 环境中。

在新的智能合约发布时，NVM中LLVM编译器模块完成新代码的编译 得到LLVM字节码，然后发布到链上；链上确认后，新代码将由LLVM JIT 完成编译和优化，然后进入沙箱取代旧代码并被执行。

在本发明的实施例中，我们还给出了另外的改进型技术方案。由于智能 合约的内容条款一旦拟订，其实是不应该被修改。至少，被修改也必须征询 合约受众的同意。因此我们在上述的方案中引入投票机制(详见下文)，通 过合约受众的投票结果决定是否批准智能合约的升级，而不是默默的被合约 创建者修改。

这里，所述的投票机制，具体为：当开发者将升级请求提交到链上后， 在提交请求上链前的所有合约用户，可以提交同意票，如果有2/3以上的合 约用户在链上投票升级，那么升级后的合约开始生效，可以访问老合约的数 据，可以被调用。

比如合约C，其开发者为D，D想要升级智能合约C到C’，那么D写 好C’，并提交升级请求UPDATE，此时C’为不可用状态，不能使用老合 约数据，不能接受新的调用请求；

当UPDATE请求在区块高度为H的区块中上链后；任何调用过合约C 的用户可以提交Agree票给合约C。有资格投票的用户中，如果有2/3的人 都投了Agree票，那么合约C’将变成可用状态，可以使用老合约数据，可 以接受用户调用请求。

合约C是一个简单管理Token的智能合约，其中包含了一个变量balances 来存储每个地址所持有的地址的情况，并设置为shared，以防在升级合约时 可以同步数据。另外，此合约中还包含两个函数，函数balanceOf用于查询 一个地址所持有的Token数量，函数Transfer用于在两个地址间转移Token。 参考表1。

该合约发布之后，陆续有1000个用户使用它来管理自己的Token。合约 C的创建者O发现这个合约上的资产越来越多，想要加强这个合约的安全性， 添加Transfer中对_value值的检查。于是，创建者O可以编写一个更加安全 的合约，在Transfer中检查_value是否大于0。参考表2。

在创建者O完成了新合约C’的编写后，他可以发起一个升级请求，这 个请求将会以Transaction的形式被打包到新区块中，并被链接到主链上。此 时，虽然新合约C’已经上链，但是出于不可用状态，此时该合约并不能操 作和老合约C shared的数据，也不能接受合约调用。新合约要想变为可用状 态，需要等待合约用户的投票认可。

所有调用过该合约的用户都可以为新合约投票，所有投票也会以 Transaction的形式被打包上链。当新合约C’收到的同意票超过总票数2/3 时，将变为可用状态，可以操作和老合约C shared的数据，并且可以接受合 约调用。

通过上述智能合约的可升级方案，一旦发生The DAO或者Parity类似 的漏洞攻击事件，该区块链系统即可更快的被修复，而不是通过硬分叉的方 式解决。并且修复以后，所有用户的资产都不需要迁移，仍然可以继续使用。 因而保证了智能合约应用的安全性。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护 范围。

Claims (3)

1.一种区块链系统中智能合约的升级方法，其特征在于，该升级方法包括如下步骤：

A、在语言层面上，使支持一个合约在符合安全约束的前提下直接读写另外一个合约中的状态变量；在代码运行时，通过星云链虚拟机NVM为该状态变量提供单独的存储区域，以便供其他合约直接访问；

B、在语言层面提供shared关键字，使用该关键字修饰的状态变量能够被其他合约访问；

C、将语言层面所定义的shared关键字被相应的编译器前端翻译为预先定义完成的函数，生成底层虚拟机LLVM字节码。

2.根据权利要求1所述的区块链系统中智能合约的升级方法，其特征在于，步骤B还包括：

设定升级合约和老合约必须是相同的creator；在运行时，使新的合约部署后，老的合约选择self-destruct，不能再被访问，但是shared变量依然被永久保留；使新的合约完全继承老合约中标记为共享的状态变量。

3.根据权利要求1所述的区块链系统中智能合约的升级方法，其特征在于，步骤C之后进一步包括：

使智能合约提交时以字节码形式进入区块链系统中，并在星云链虚拟机NVM中执行。