詳解MeerEVM：MeerDAG共識下的智能合約執行引擎

發表於 2022-09-04 11:40 作者： 星球日報

引言

自比特幣誕生以來，區塊鏈已經發展了十三個年頭，對政治、經濟與文化都影響深遠。區塊鏈技術的發展經歷了 Layer1 的底層账本探索和 Layer2 的應用拓展，區塊鏈也從 1.0 時代的貨幣和支付去中心化，走向了 2.0 時代的市場去中心化。到如今，區塊鏈已經實現了：去中心化的公开交易總账、端對端的直接價值轉移體系、強大的腳本系統以運行任何協議或者貨幣。比特幣本身已實現了前兩點，而以太坊智能合約的出現讓第三點也變成了現實。然而，雖然智能合約當前應用於 DEX、NFT、GameFi、借貸、流動性挖礦等衆多 DeFi 領域，展現出了一片繁榮的景象，但其應用仍然只在初期階段，在資產數字化、社會服務等方面的潛力尚未完全發掘出來，區塊鏈2.0 也只在早期階段。

在智能合約的帶動下，區塊鏈技術正一步步向金融、物聯網、供應鏈、雲計算、公益慈善、公共服務等領域滲入。不僅如此，區塊鏈在社會生活中的應用前景更爲廣泛，特別是在政府、健康、科學、文化和藝術等領域。不僅會有去中心化的應用（DAPP），去中心化自治組織（DAO）出現，去中心化自治公司（DAC）也會出現，最終走向去中心化自治社會（DAS）。當區塊鏈技術逐漸被應用於社會治理時，我們將迎來區塊鏈 3.0 時代。區塊鏈全面應用的時代終將會到來，一個大規模的協作社會將被構建。

Qitmeer 誕生於區塊鏈 2.0 時代之初，想要構建一條面向全世界的底層公有區塊鏈，它融合了成熟安全的 UTXO 模型和 BlockDAG 共識，從而具有更快的共識效率、更高的吞吐量和更高的可擴展性。爲了使自身更具可擴展性，並在 DeFi、GameFi、NFT、元宇宙等領域構建生態應用，下一代 Qitmeer 網絡在設計上有的放矢，推出重要組件MeerDAG 與MeerEVM。其中MeerDAG 共識實現了 UTXO 模型和账戶模型的兼容；MeerEVM則是一個MeerDAG共識下的可插拔智能合約執行引擎，其以容器的方式集成到了Qitmeer網絡。這種實現方式即保障了智能合約的獨立運行環境，也奠定了拓展建立其他容器的基礎。

一、什么是 MeerEVM

虛擬機（Virtual Machine）是指通過軟件模擬的完整計算機系統，其運行在一個完全隔離環境中，具有完整的硬件系統功能。EVM(Ethereum Virtual Machine) 以太坊虛擬機，便是一種輕量級虛擬機。它是以太坊中智能合約的運行環境。相較於比特幣被視作分布式的記账本，以太坊則致力成爲分布式計算平台，Vitalik 構想其爲一個去中心化的“世界計算機”。而EVM則是這台“計算機”的操作系統、計算引擎，承擔着計算、存儲、執行等功能。

在以太坊上創建的智能合約都需要 EVM 來編譯和解釋執行。用 Solidity 這樣的高級語言所創建的智能合約將被轉換爲機器指令，EVM 通過這些機器指令來執行特定的任務。EVM 中有 140 多個固定的機器指令來執行不同的進程，從而使得 EVM 圖靈完備，在給定足夠資源的前提下，它可以完成任何計算。

智能合約的部署，相當於創建了一個常規的交易。當以太坊鏈上發生轉账交易的時候，以太坊虛擬機（EVM）會進行以下一系列工作：

• 調取轉账的數值，分析合約的指令。

• 計算Gas的消耗（手續費）, 確保發出轉账的地址有足夠的Gas費。

• 執行合約，實現轉账到對應的地址。

EVM 以一個獨立的沙盒形式存在，提供了一個安全的代碼運行環境，保證了以太坊上智能合約的順利執行。

Qitmeer的 MeerDAG 是一個混合 BlockDAG 協議，不僅擁有快速確認交易的能力，同時也支持交易的线性排序，本身就擁有着實現基於狀態的智能合約的能力。在下一代 Qitmeer 網絡上，我們設計了一套獨特的容器系統，來構建智能合約在Qitmeer上的運行環境。我們通過容器系統實現對EVM的集成，讓它作爲一個容器運行在Qitmeer網絡上，不僅爲智能合約提供了獨立運行環境，保持對外完全隔離，保障主鏈安全；也方便开發者开展獨立測試而不佔用主鏈資源也不受其他鏈的影響。

Qitmeer 是混合 BlockDAG 共識下的 UTXO 账本模型，和以太坊的账戶模型並不兼容。爲了實現兼容EVM，在下一代 Qitmeer （QNG）網絡的設計中，我們結合自身網絡特點對原生的 EVM 做了改進，使 UTXO 模型和 EVM 可以兼容，實現了Qitmeer上兼容 EVM 的智能合約執行引擎——MeerEVM，它能夠支持以太坊智能合約和大多數以太坊客戶端功能。

在Qitmeer 網絡中，MeerEVM將部署於每個節點上，以保證數據的相互驗證，同時，MeerEVM 也將作爲 Qitmeer 中智能合約的運行環境，Qitmeer 上的各類智能合約應用程序（DAPP）在其中獨立編譯和執行。

二、MeerEVM 的核心特點

下一代 Qitmeer（QNG）網絡本身有一套容器系統，可以讓 MeerEVM 虛擬機作爲容器運行在 QNG 網絡上。如此一來，Qitmeer 的本幣 Meer Coin 將可以存在兩種不同的形態，一種是處於主鏈上的 UTXO，另一種是處於 MeerEVM 中的 Account Balance，這二者保持着等質的狀態，二者之間可以隨時 1:1 等質交換，我們把這之間的通道稱之爲 MUB Channel。就像一杯水倒在兩個不同溫度環境的容器裏，一個是保持液體狀態的水，一個是保持固體狀態的冰，但本質上還是那一杯水，交換存放容器，只是因標准不同而呈現兩種狀態。這樣的設計大大提高了 Qitmeer 網絡的兼容性和可拓展性，我們不僅可以在網絡上運行可兼容 EVM 的虛擬機，還可以支持更多其他的容器。

在 QNG 網絡的底層技術實現上，通過重新定義 UTXO 的數據結構，利用交易結構中的籤名腳本、輸入中的籤名腳本、序列字段 Sequence，區分了不同的交易類型，然後通過 SignScript 這個字段匹配不同的交易數據規則，使得MeerDAG 完全保留了 UTXO 數據結構，既可以兼容經典的 UTXO 交易，也可以兼容账戶模型的交易。

同時，我們打通了  UTXO 和 ETH Balance 之間的映射關系，使得 UTXO 模型和 Balance系統之間可以很好的互聯。我們沒有使用跨鏈的方式，而以自己獨特的方式實現了 UTXO 模型和 EVM 之間的第一次結合，建立了 MeerDAG 共識下首個可兼容 EVM 的智能合約執行引擎，使得 QNG 網絡既可以支持智能合約下的 DAPP 开發，又具有很強的 EVM 生態兼容性。开發者可以很輕松的將智能合約遷移到 Qitmeer 網絡，享受更低的使用費，更快的確認速度，更通暢的網絡環境。

當然，我們不僅僅可以實現兼容EVM的容器，未來，仍具有實現其他容器的拓展能力。

目前，運行在 QNG 網絡上的 MeerEVM 擁有以下特點：

三、MeerEVM（EVM兼容）的战略作用

1、解鎖智能合約，實現鏈鏈互聯，加速生態拓展

1.1 解鎖智能合約

在區塊鏈和加密貨幣的語境中，智能合約的特性是：

• 無需准入性：任何人都可以編寫智能合約，並將其部署到以太坊網絡上。

• Solidity編程語言對开發者友好

• 可組合性：智能合約在以太坊上是公开的，可視爲开放式應用程序接口，智能合約之間可以相互調用。

• 預寫入的邏輯（計算機代碼），不可篡改。

基於智能合約的特性，以太鏈孵化出了全新的去中心化金融DeFi生態：交易透明，無需許可，可信任。截至目前，僅僅被主流 Dapp 統計平台收錄的以太生態應用數量就高達3325個。以太坊生態能有如此繁榮的景象，離不开智能合約。智能合約完全落實了區塊鏈權力下放的精神，讓所有的 Dapp 开發者都可以在 EVM 中部署智能合約，促成了各種各樣的去中心化應用去搭建 Web3.0。以太坊是目前應用最多，資金承載量最大的智能合約平台。根據 glassnode 的數據，2022年以來，以太鏈上每日活躍數地址約爲20萬個，這一數據還在持續增長中。在2020年的 DeFi Summer 的高峰中，每日合約調用次數最高達到了75萬次左右。

Qitmeer Network 是一條面向全世界的公有區塊鏈，一直在完善作爲底層公鏈的基礎設施，我們將以更優的性能、更低的費用去實現包括 DEX、NFT、流動性挖礦、GameFi等一系列去中心化金融（DEFI）應用，並且能構建一個激勵相容的开放式環境——去中心化自治組織（DAO），同時爲 Web 3.0 提供基礎設施，這一切都離不开智能合約的支持。

智能合約的部署和執行離不开虛擬機，以智能合約爲基礎的 DAPP 應用更離不开虛擬機的支持。因此，在下一代 Qitmeer 中，我們融入了可插拔的虛擬機。MeerEVM 的實現，提供了智能合約的實現基礎和運行環境。

1.2 實現鏈鏈互聯，加速生態拓展

目前區塊鏈行業絕大部分Dapp都是基於EVM搭建的。EVM生態中，諸如用於智能合約編寫和測試的 Truffle 和 Hardhat、使外部錢包可以連接到 EVM 的 API 庫、通過網絡廣播用戶的命令並將用戶連接到 EVM 的 MetaMask 錢包等，是數百名高水准开發人員花費了數千小時構建出來的开發工具和基礎設施。使用成熟工具和未完善工具創建 DAPP 所需的時間差異可能是 100:1。這就是爲什么專有堆棧區塊鏈構建的工具和基礎設施按照行業標准進展非常緩慢。EVM 生態系統擁有龐大的區塊鏈开發者和开源項目市場，一個被廣泛接受的標准很可能會帶來更多的可組合性，這將加強 DeFi 中的網絡效應。

Qitmeer 作爲一條面向全世界的公共區塊鏈，在未來的發展中，勢必要和其他區塊鏈系統互聯互通。Qitmeer 實現了可兼容 EVM 的虛擬機，引入一個被廣泛接受的標准，有利於鏈鏈之間的互聯。同時，支持共同的 EVM 標准，有利於 Qitmeer Network 和 EVM 生態之間建立了橋梁，降低了不同鏈之間DAPP的开發成本，EVM 生態項目也更容易在 Qitmeer 上實現，用戶也可以在不同的網絡中，使用同一款偏好的 Dapp。隨着 DAPP 應用的豐富，Qitmeer 也將逐漸建立起更有價值的生態網絡。

2、“跨越鴻溝”，提高網絡效應，構建價值網絡

在互聯網時代，梅特卡夫定律（Metcalfe’s law）是網絡估值和技術發展的重要理論，其主要內容是：一個網絡的價值與聯網的用戶數的平方成正比。聯網節點越多，網絡共識越強，網絡價值越大。雖然梅特卡夫定律至今仍然存在於網絡效應的討論中，但對於真正從零开始構建的網絡產品來說，它忽略了網絡構建的重要階段，也沒有考慮用戶參與的質量，以及網絡的多邊性。現實生活遠遠超出了“節點越多越好”的簡單模型。邏輯斯蒂增長模型以及生態學先驅 Warder Clyde Allee 研究的動物種群增長模型（Allee 曲线），都昭示了一個道理：網絡效應的增長往往呈現S型曲线。新技術想要存活，網絡規模必須要突破發展早期的臨界點，才能激活市場潛能，促成網絡效應的飛速增長。網絡規模的增長會因爲當前的承載能力限制而放緩，甚至受到抑制，只有不斷拓展，提高承載能力，才能开啓下一個S型增長，進一步提高網絡價值。

創新擴散大師埃弗雷特．羅傑斯(Everett M. Rogers)在觀察包括美國農業改良等許多創新事物出現過程，提出了創新擴散理論，他認爲創新事物在社會系統中擴散會依次面對不同類型的人而經歷五個階段，分別是創新者(innovators)、早期採用者(early adopters)、早期大衆(early majority)、後期大衆(late majority)和落伍者(laggards)。

後來，傑弗裏．摩爾(Geoffrey A. Moore)基於羅傑斯的創新擴散理論，進一步提出科技採用生命周期理論。在其著作《跨越鴻溝(Crossing the Chasm)》一書中提出，新科技的普及會面臨早期採用者和早期大衆之間的一道鴻溝，只要普及率能跨越鴻溝，那么市場就會自然推進到晚期大衆，甚至落伍者，達到全面性普及。

Qitmeer 作爲初創型公有區塊鏈，想要得到更加廣泛和全面的採用，唯有增強自身可擴展性以及應用實現基礎，進而提高網絡的生態承載能力，才能夠吸引更多高質量的用戶採用，構建出發展早期高質量的生態應用，展現出網絡的價值潛力。如此，才能推動網絡“跨越鴻溝”，突破網絡效應的臨界增長點，獲得大衆認可，實現網絡規模的指數級增長。

在下一代 Qitmeer 網絡（QNG）上，實現可兼容 EVM 的 MeerEVM，解鎖實現智能合約的能力，這不僅是各種 DeFi 應用的實現基礎，也是 Qitmeer 實現多鏈互聯的橋梁。借助智能合約，Qitmeer 能建立起自己的 DAPP 生態，並且能夠與其他網絡生態之間進行交互聯系，進而豐富了網絡的多邊性，大大提高 Qitmeer 網絡的生態承載能力，獲得更廣泛的用戶採用，提升 Qitmeer 網絡價值，爲進軍元宇宙、走向 Web 3.0 奠定基礎。

深耕差異化特性或兼容行業主流標准，看似可以兼顧，事實上卻是公共區塊鏈發展中面臨的難題。這依靠項目團隊的抉擇，更源於廣大用戶社群的意向。Qitmeer 網絡也不例外，在發展過程中，需要不斷平衡這兩點。

來源：星球日報

標題：詳解MeerEVM：MeerDAG共識下的智能合約執行引擎

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