用 Rust 写智能合约 | Hello, Ink!

作者：李大狗（李骜华）/ 后期编辑：张汉东

什么是 WASM 智能合约？

以往，我们谈到智能合约，都是基于 EVM 的 Solidity 智能合约。

目前，随着智能合约技术的发展，出现了一种新的可能性：WASM 智能合约，

WASM 并非一门新的编程语言，而是一种全新的底层二进制语法。

WASM（WebAssembly）是一种新的字节码格式，是一种全新的底层二进制语法，它所编译的代码指令体积小，可移植，加载快并兼容WEB的全新格式。WASM可以支持C/C++/RUST/GO等多种语言编写合约后编译出节码，且不同语言有附带丰富的底层标准库可供调用。

WASM 的优势：

作为一种全新的字节码格式，WASM通过自身的创新和优化，使得在使用其对所支持的语言进行编写后的代码指令具有体积小，可以在运存，硬盘存储，带宽占有上得到更多的优化，在节省了区块链网络资源，也明显的提升了网络传输效率。

在智能合约上使用WASM，也将拥有以上特点，最明显的方面就是占用资源更少，运行合约更快速和稳定，并且网络传输信息更加高效。这可以使得区块链网络上部署更多的智能合约，也可以使得用户在使用智能合约时能获得更好的体验感。

——WASM智能合约优势分析：https://zhuanlan.zhihu.com/p/344347968

从目前的趋势上来看，Substrate、ETH 2.0等公链与多家联盟链，均表示将支持 WASM 智能合约。

可以用什么语言编写 WASM 智能合约？

Wasm 扩展了智能合同开发者可用的语言系列，包括 Rust、C/C++、C#、Typescript、Haxe 和 Kotlin。这意味着你可以用你熟悉的任何语言编写智能合约。

从适配性上来说，Rust 语言目前与 WASM 智能合约的适配性更好，工具链更全，而且写出来的智能合约更加安全。

所以，本系列将以 Subtrate 上的 Ink! 智能合约为例，开始 WASM 智能合约的 101 课程。

本文对 Ink! 官方教程有所参考：

https://substrate.dev/substrate-contracts-workshop

Rust 环境配置

1. Rust 环境配置

在 MacOS 或者 Ubuntu 等 Linux 操作系统上，我们可以通过一行命令很容易的安装 Rust：

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

除此之外还要安装nightly版本：

rustup install nightly

Windows 下的安装，请参考：

https://forge.rust-lang.org/infra/other-installation-methods.html

2. 将 Rust 添加到环境中

将如下语句添加到~/.bashrc或~/.zshrc中：

export PATH=~/.cargo/bin:$PATH

然后：

source ~/.bashrc # source ~/.zshrc

3. 换源

通过设置如下环境变量，我们把 Rust 源切换到国内：

export RUSTUP_DIST_SERVER=https://mirrors.ustc.edu.cn/rust-static
export RUSTUP_UPDATE_ROOT=https://mirrors.ustc.edu.cn/rust-static/rustup

在~/.cargo/config文件中写入如下内容：

[source.crates-io]
registry = "https://github.com/rust-lang/crates.io-index"
replace-with = 'ustc'
[source.ustc]
registry = "git://mirrors.ustc.edu.cn/crates.io-index"

Ink! 环境配置

在配置了基本的 Rust 环境后，我们可以配置 Ink! 所需的开发环境了。

# for substrate
rustup component add rust-src --toolchain nightly
rustup target add wasm32-unknown-unknown --toolchain stable
# for canvas node 
cargo install canvas-node --git https://github.com/paritytech/canvas-node.git --tag v0.1.4 --force --locked
# for ink!CLI
cargo install cargo-contract --vers 0.10.0 --force --locked

我们还要安装/升级binaryen，Binaryen 是 WebAssembly 的编译器。

Mac 上安装：

# for mac
brew upgrade binaryen # 如果没安装用 brew install

Linux 上安装：

创建一个 ink! 项目

执行如下命令：

cargo contract new flipper

创建完成后进入文件夹：

cd flipper/

合约项目目录结构：

flipper
|
+-- lib.rs                <-- Contract Source Code
|
+-- Cargo.toml            <-- Rust Dependencies and ink! Configuration
|
+-- .gitignore

合约测试

cargo +nightly test

一切顺利的话会输出如下结果：

$ cargo +nightly test
    running 2 tests
    test flipper::tests::it_works ... ok
    test flipper::tests::default_works ... ok

    test result: ok. 2 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out

合约编译

cargo +nightly contract build

如果顺利的话，目录下会生成target/ink文件夹，里面包含如下文件：

其中，flipper.contract 是部署时要用的合约文件，可以视为solidity合约中的bin文件。

metadata.json是元数据，可以视为solidity合约中的abi文件。

合约部署

通过canvas启动一个本地运行的开发节点！

canvas --dev --tmp

An image of the terminal starting a Substrate node

打开如下网址，会这个页面会自动连接本地启动的开发节点：

上传flipper.contract这个文件：

Contracts code page for deploying Flipper

一路点击进行部署：

合约调用

点击Execute：

选择get():bool函数，点击「调用」：

返回调用结果：

Flipper 源码解读


#![allow(unused)]
fn main() {
// Copyright 2018-2020 Parity Technologies (UK) Ltd.
//
// Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
// you may not use this file except in compliance with the License.
// You may obtain a copy of the License at
//
//     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
//
// Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
// distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
// WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
// See the License for the specific language governing permissions and
// limitations under the License.

#![cfg_attr(not(feature = "std"), no_std)]

use ink_lang as ink;

#[ink::contract]
pub mod flipper {
    #[ink(storage)]
    pub struct Flipper {
        value: bool,
    }

    impl Flipper {
        /// Creates a new flipper smart contract initialized with the given value.
        #[ink(constructor)]
        pub fn new(init_value: bool) -> Self {
            Self { value: init_value }
        }

        /// Creates a new flipper smart contract initialized to `false`.
        #[ink(constructor)]
        pub fn default() -> Self {
            Self::new(Default::default())
        }

        /// Flips the current value of the Flipper's bool.
        #[ink(message)]
        pub fn flip(&mut self) {
            self.value = !self.value;
        }

        /// Returns the current value of the Flipper's bool.
        #[ink(message)]
        pub fn get(&self) -> bool {
            self.value
        }
    }

    #[cfg(test)]
    mod tests {
        use super::*;

        #[test]
        fn default_works() {
            let flipper = Flipper::default();
            assert_eq!(flipper.get(), false);
        }

        #[test]
        fn it_works() {
            let mut flipper = Flipper::new(false);
            assert_eq!(flipper.get(), false);
            flipper.flip();
            assert_eq!(flipper.get(), true);
        }
    }
}
}

1. `cfg`和`cfg_attr`的使用

cfg是 Rust 中的特殊属性，它允许我们编译基于标志的代码并传递给编译器。

在本合约中，我们可以看到：

#[cfg(test)]

这个标识意味着下面的代码是单元测试。

2. impl 关键字

Implement some functionality for a type.

为一种类型做函数实现。

标准的模板是：

struct Example {
    number: i32,
    # 许多变量……
}

impl Example {
    fn boo() {
        println!("boo! Example::boo() was called!");
    }

    fn answer(&mut self) {
        self.number += 42;
    }
		# 许多函数……
}

套用到本合约中，首先我们定义本合约的struct：

pub struct Flipper {
	value: bool, # 其中包含一个变量 value
}

然后对struct进行补充实现：

impl Flipper {
	……
}

3. `#[ink(constructor)]`与`#[ink(message)]`

#[ink(constructor)]表示这行语句函数是合约的构造函数，相当于solidity合约中的constructor。

https://docs.soliditylang.org/en/v0.7.2/contracts.html#constructor

#[ink(message)]表示这行语句下面的函数是合约的普通函数，如例子中的get函数：

/// Returns the current value of the Flipper's bool.
#[ink(message)]
pub fn get(&self) -> bool {
	self.value
}

作者简介：

李大狗（李骜华），上海对外经贸大学区块链技术与应用研究中心副主任、柏链教育 CTO、FISCO BCOS（微众银行区块链框架）区块链认证讲师、5 年区块链工程师、北京大学硕士。研究领域包括：区块链系统、共识机制、智能合约、区块链应用、数字身份等。

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