Ewasm Vs EVM：Ewasm 带来了什么改变？

这篇文章是 Crosslink 2019 Taiwan 的一个议程纪录：The next generation Ethereum Virtual Machine，由来自Second State 的工程VP Hung-Ying Tai（hydai）分享 Ewasm VM 目前研究内容及未来的方向，内容非常精彩，包含了 EVM bytecode 、Webassembly、Ewasm1.0 以及 Ewasm2.0 。

EVM bytecode 及Webassembly（WASM）

以太坊的智能合约交易在执行时，例如：把Token 转到别的地址，是将EVM bytecode 读进以太坊的虚拟机执行，而 EVM bytecode 有以下几点特色：

256 位元且堆叠式（staked-based）的虚拟机
很多高阶的指令，例如：SSTORE, SLOAD, SHA3, EC, Call/Create contract
与实体系统架构（通常是 32/64 位）有差异，而 256 位则需要靠模拟来完成
较少程序语言（Vyper, Solidity, …）

Webassembly（WASM）是为了让不同程序语言开发的套件都能在浏览器使用的一种二进制程序语言，WASM 有以下几点特色：

堆叠式（staked-based）的虚拟机：有独立的区域空间（暂存器或是内存），存取堆叠前3 个物件（EVM 存取 16 个）
支持32 / 64 位的操作
没有高阶的指令
RISC 指令集也可以对应到CPU ISA
较大的社群：主流的浏览器都支持，也有较多的程序语言（C++, Rust, GO, …）

Ewasm 1.0

接下来看看以太坊Ewasm 的特性：

Ewasm 是wasm 的子集合
因为不能有误差，所以不支持浮点数运算
只能import 以太坊的函式库，避免 importㄒ系统函式库
在每段指令之前插入useGAS 来计算 GAS 的花费

以太坊环境接口（EEI）

EVM 里有很多像是SSLOAD, SHA3 的高阶指令，这些指令在Ewasm 1.0 里，因为 WASM 可以动态读取函式库（模组），以太坊定义了以太坊环境接口(EEI)，让客户端可以用不同的语言实现相对应的函式库，而且也更容易完成 prototype 跟升级。

下图是 Ethereum Environment Interface 定义的函数列表。

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，像是浮点数或是非法的 import，有以下两种做法：

使用 system contract 检查合约的 bytecode
像目前的 precompiles 运行在客户端上，在部署前先检查合约

下图是 Ewasm 1.0 的 stack，在部署合约前 Ewasm bytecode 会先经过 Sentinal 的检查，成功部署后客户端如果要执行合约会通过 EVM-C 与 Heru（Wasm Engine）沟通。

效能问题

使用Ewasm 效能真的会比较快吗？Second State 的Hydai 分享了各个EVM 执行 Sha1 以及 BN128mul 的结果，发现EVM 在运行 BN128mul 时会是最快，主要是因为WASM 支持 32 / 64 位的操作，256 位则需要另外模拟（1 个 256 位元的运算可以换成 25 个 64 位元的运算），所以WASM 在跑 BN128mul 时会比较慢。