全链游戏 101：预编译合约
Foresight · 2023-08-15 17:39
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预编译合约在全链游戏扮演什么角色？
撰文：Gametaverse
什么是预编译合约？
预编译合约是 EVM 中用于提供更复杂库函数 ( 通常用于加密、散列等复杂操作 ) 的一种折衷方法，也可以理解为一种特殊的合约，这些函数不适合编写操作码。 它们适用于简单但经常调用的合约，或逻辑上固定但计算量很大的合约。 预编译合约是在使用节点客户端代码实现的，因为它们不需要 EVM，所以运行速度很快。 与使用直接在 EVM 中运行的函数相比，它对开发人员来说成本也更低。
如下代码可以看到， evm.go 的合约中 run 函数有两个分支：第一个分支是通过预编译索引来实例化索引参数从而指定预编译合约，第二个分支是如果它不是预编译合约那 evm 将会被调用。
// run runs the given contract and takes care of running precompiles with a fallback to the byte code interpreter.
func run(evm *EVM, contract *Contract, input []byte, readOnly bool) ([]byte, error) {
if contract.CodeAddr != nil {
precompiles := PrecompiledContractsHomestead
if evm.ChainConfig().IsByzantium(evm.BlockNumber) {
precompiles = PrecompiledContractsByzantium
}
if p := precompiles[*contract.CodeAddr]; p != nil {
return RunPrecompiledContract(p, input, contract)
}
}
for _, interpreter := range evm.interpreters {
if interpreter.CanRun(contract.Code) {
if evm.interpreter != interpreter {
// Ensure that the interpreter pointer is set back
// to its current value upon return.
defer func(i Interpreter) {
evm.interpreter = i
}(evm.interpreter)
evm.interpreter = interpreter
}
return interpreter.Run(contract, input, readOnly)
}
}
return nil, ErrNoCompatibleInterpreter
}
用图形来表示的话，具体的逻辑如下图：
预编译合约的瓶颈？
以太坊目前有八个预编译的合约：
- ECRecover - 通过签名恢复对应地址
- SHA256 - 计算 SHA256 哈希
- RIPEMD160 - 计算 RIPEMD160 哈希
- Identity - 返回输入数据的原值
- ModExp - 进行模数指数运算
- ECAdd - 椭圆曲线点加法
- ECMul - 椭圆曲线点乘法
- ECPairing - 配对运算,验证椭圆曲线点
可以看到第一到第四个预编译合约提供的基础的签名，哈希等加密功能，第五个到第八个提供了椭圆曲线运算，这些和 zk-snark 相关。
那么问题来了，为什么以太坊预编译只支持了八个预编译合约，预编译合约不是降低了 gas 消耗吗？而且为什么不直接把 ECS（全链游戏的框架）植入以太坊预编译合约中呢？
其实主要是以下三个原因：
1.过度依赖预编译合约会降低整个平台的去中心化程度：
首先，预编译合约的代码需要集成在客户端节点代码中,增加了客户端的复杂性。第二，验证节点可能因为安全原因可能会过滤掉预编译合约的计算，所以大部分预编译合约的请求是由全节点完成的，目前全球的以太坊全节点的数量只有 4000-6000 个，而且验证节点有 50 万个，确实比起非预编译合约要中心化很多。
2.预编译合约的新增和修改需要硬分叉升级,不易灵活演进。
预编译合约的支持需要进行 EIP 流程，举个例子：
EIP-196 增加了在 alt_bn128 曲线上的 ECADD（）和 ECMUL（）两个预编译合约，EIP-197 增加了在 alt_bn128 曲线上的配对 Pairing 函数。基本都是为了让隐私在以太坊上可用进行支持，而且整个 EIP 的流程是漫长和考究的，等待 EIP 通过也不是一个现实的问题
3.预编译合约之间难以进行交互和组合，扩展性差。
这点就不多做解释了。
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