深入解析 PolkaVM：了解 Polkadot 2.0 的绝佳路径
2025-01-15 18:11
从波卡发布的 2025 路线图来看，PolkaVM 无疑是最重要的技术更新之一，而最先部署和应用的一个就是对 Solidity 的支持，在 Westend 的 Asset Hub 上。大家首先需要了解的是这个实现不是之前的 Frontier，它被广泛的应用在 Moonbeam 和其他支持 EVM 的平行链上，而是在新的基于 RISC-V 的 PVM 上运行 Solidity 代码。对于很多 DApp 和智能合约的开发者，这将是进入和了解 Polkadot 2.0 的绝佳路径。由于 Solidity 的开发者基数大，也会给 Polkadot 2.0 带来很多的开发者，让大家可以看到 PVM 的强大和高效的执行效率。我们先看下它的基本原理和技术架构，我们的智能合约解决方案包含以下组件：
这是执行智能合约的区块链模块。它像任何其他 pallet 一样添加了一堆外部函数和运行时 API。但是，它还添加了允许区块链处理以太坊风格交易的逻辑。这些特殊交易不会直接提交到链中。尽管这在理论上是可能的。源代码可以在此目录下查看：🔗 https://github.com/paritytech/polkadot-sdk/tree/master/substrate/frame/revive pallet相反，用户（钱包、Dapps 等）连接到与区块链节点一起部署的代理服务器。此代理模拟以太坊 Json RPC，这意味着它将以太坊 JSON RPC 接口公开为服务器并作为网络客户端连接到节点。它将以太坊交易重新打包成一个特殊的可调度文件，同时保持有效载荷不变。解码以太坊交易并将其转换为 pallet-revive 可以理解的内容取决于上述逻辑。通过将以太坊交易的有效载荷逐字提交给区块，我们可以轻松调整不需要处理不同交易格式的工具（例如区块浏览器）。选择使用独立代理是有意为之：向节点二进制文件添加新端点需要其他客户端来实现它们。这就是我们选择这种不需要对客户端进行任何更改的方法的原因。这是我们与竞争技术相比做出的最明显的改变。我们使用新的自定义虚拟机而不是使用 EVM 来执行合约。目前，我们在运行时本身中包含一个 PolkaVM 解释器。稍后的更新将提供在客户端内运行的完整 PolkaVM JIT。请注意，我们仍将保持解释器可用，以便我们可以为每个工作负载使用最合适的后端。例如，对于仅执行很少代码的合约调用，解释器仍然会更快，因为它可以立即开始执行代码（惰性解释）。需要了解细节的可以去查看项目的源代码：🔗 https://github.com/paritytech/polkavm
EVM 是一台堆栈机。这意味着函数的参数在无限堆栈上传递。PolkaVM 基于 RISC-V，这是一种寄存器机。这意味着它在一组有限的寄存器中传递参数。这样做的主要好处是，由于这些都是寄存器机，因此它使转换到底层硬件的步骤更加高效。我们仔细选择了寄存器的数量，使它们比臭名昭著的寄存器匮乏的 x86-64 指令集要小。让我们将 NP-hard 寄存器分配问题简化为简单的 1 对 1 映射是 PolkaVM 快速编译时间的秘诀。EVM 使用 256 位的字长。这意味着每个算术运算都必须对这些大数字执行。这使得任何有意义的数字运算都非常慢，因为它必须转换为许多本机指令。PolkaVM 使用 64 位的字长，这是底层硬件本机支持的。也就是说，当通过 YUL（#Revive）转换 Solidity 合约时，我们仍然会得到 256 位算术，因为 YUL 太低级，无法自动转换整数类型。但是，完全可以用不同的语言编写合约并从 Solidity 无缝调用。我们设想一个系统，其中业务逻辑用 Solidity 编写，但底层架构用更快的语言编写，类似于 Python，其中大部分繁重的工作由 C 模块完成。为了在 PolkaVM 上运行 Solidity，我们需要将其编译为 RISC-V。为此，我们需要一个编译器。它的工作原理是使用原始 solc 编译器，然后将其中间表示 (YUL) 输出重新编译为 RISC-V。与实现完整的 Solidity 编译器相比，这样做的好处是任务要小得多。通过选择这种方法，我们支持 Solidity 及其所有不同版本的所有怪癖和怪异之处。项目的地址是 https://github.com/paritytech/revive，需要了解细节的可以去查看项目的源代码。Remix 是开发 Solidity 最流行的工具，它是基于网页的，让我们随时都可以开发，调试和部署合约。Polkadot 也提供链一个自己的版本，https://remix.polkadot.io，可以通过这个网站来访问。我们维护 REMIX 的一个分支的原因是，与原始版本相比，主要的变化是我们需要更改编译器，因此我们将 REMIX 更改为使用后端进行编译，而不是浏览器内的编译器。这是必要的，因为我们基于 LLVM 的 revive 对于浏览器来说太重了。了解完整个原理，我们可以动手实践，看下如何来完成合约的开发、部署和测试。我们可以参考这个文档： 🔗 https://contracts.polkadot.io/首先在 westend asset hub 中已经集成了 revive pallet，可以直接在上面开发和测试。
当然你也可以搭建自己的本地测试环境，这样更容易查看后端日志，了解错误信息。1. 下载 polkadot sdk 的代码并编译 Kitchensink node
当以上服务都启动之后，普通的 substrate 的服务会在 9944 端口，Eth 会使用 8545 端口。首先我们可以尝试 Solidity 合约，你可以直接使用 Remix 来开发。在 Environment 中，默认已经有 westend 的配置了，如果使用本地环境来测试，可以增加 customize 的配置。
这样就可以通过和我们之前启动的 Eth RPC 服务交互。当然如果是开发一个复杂 Dapp 应用，可以使用其他框架。这里推荐大家使用 Typescript 和 Viem 来实验，我们可以参考 revive pallet 自带的测试代码：🔗 https://github.com/paritytech/polkadot-sdk/tree/master/substrate/frame/revive/rpc/examples/js它还有使用 Rust 语言的版本，在和它平行的目录下。一个部署合约的简化版代码如下：import { createWalletClient, defineChain, Hex, http, parseEther, publicActions } from 'viem'import { readFileSync } from 'node:fs'import { walletClient } from './utils'
function getByteCode(name: string): Hex { const bytecode = readFileSync(`pvm/${name}.polkavm`) return `0x${Buffer.from(bytecode).toString('hex')}`}
async function main() { const piggyBankAbi = [] as const; const piggyBankByteCode = getByteCode("piggyBank") const wallet = await walletClient;
const hash = await wallet.deployContract({ abi: piggyBankAbi, bytecode: getByteCode('piggyBank'), })
const deployReceipt = await wallet.waitForTransactionReceipt({ hash }) const contractAddress = deployReceipt.contractAddress
const balance = await wallet.readContract({ address: contractAddress, abi: piggyBankAbi, functionName: 'getDeposit', })
{ const { request } = await wallet.simulateContract({ account: wallet.account, address: contractAddress, abi: piggyBankAbi, functionName: 'deposit', value: parseEther('10'), }) const hash = await wallet.writeContract(request)
const receipt = await wallet.waitForTransactionReceipt({ hash }) console.log(`Deposit receipt: ${receipt.status}`)
const balance = await wallet.readContract({ address: contractAddress, abi: piggyBankAbi, functionName: 'getDeposit', }) }}
main()
1. 首先我们初始化一个 wallet client。2. 如何使用 abi 和 bytecode 来部署一个智能合约，这里我们选择 examples 里面的一个简单合约，piggyBank。需要注意的是这里的 bytecode 是编译成 polkavm 的代码。除了使用 Solidity，我们也可以直接使用其他语言来写合约，然后编译成 polkavm 的代码然后直接部署。这里我们参考 https://github.com/paritytech/rust-contract-template。直接部署 polkaVM 合约，我们就不需要使用 Eth RPC 了。当合约编译好了之后，我们可以使用 revive 的 upload 方法将合约上传到链上。
在调用成功之后，我们可以在浏览器的 event 里面找到 code 的 hash，比如在我的例子里面，hash 值是 0x9bef6d3f29397e4994d96657375674096379ba850c31f8c7b950a6f9c13a238d下面一步就是对合约实例化，调用 revive 的 Instantiate 方法。
这里会碰到一个 account unmapped 错误。需要先调用 account map 的方法，才能部署合约和调用。
我们来记录一些合约地址，它是一个标准的 Eth 地址，在这次部署中，合约地址是 0xce58c0af740d49e573998ce92c9147565604d321。最后我们调用 revive 的 call 方法，填入之前实例化的合约地址。这样我们就完成了一个 PolkaVM 合约的开发，部署和测试。
当完成来基本的环境搭建，开发流程，之后就可以完成更加复杂的业务逻辑。总的说来，polkaVM 还处于早期，大家碰到了问题，或者希望帮助完成一些功能，修复 bug 都可以积极向这些 repo 提交 PR。相信随着 2025 年 polkadot 2.0 的功能逐步 delivery，polkaVM 的使用场景和使用范围会越发广阔，初创项目也可以提前做好技术储备，准备好在 JAM 上开发出安全高效的产品。OneBlock+ 作为区块链的人才聚集地，是全球领先的 Substrate 开发者社区。我们将提供专业的技术文章和开发课程，并组织研讨会、黑客松创业大赛等交流实践活动，从而帮助开发者掌握 Substrate 技术、深入探索 Web3 领域。同时，OneBlock+ 还为 Web3 优质项目提供技术指导、人才资源等多重创业支持，促使更多开发团队使用 Substrate 技术框架构建未来开放网络。Twitter: https://twitter.com/OneBlock_Medium: https://medium.com/@OneBlockplusTelegram: https://t.me/oneblock_devDiscord: https://discord.gg/fE8deY4UbPBilibili: https://space.bilibili.com/1650224419YouTube: https://www.youtube.com/channel/UCWo2r3wA6brw3ztr-JmzyXA
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