智能合約系列 | 智能合約工程簡述：Smart Contract Engineering_以太坊:區塊鏈

作者：?胡凱

編者注：原標題為《智能合約系列2：智能合約工程SCE：SmartContractEngineering》

合約是經濟社會運行的基石之一。合約確定了多方交易的時間、期限、地點和內容等，使得合約參與的多方可以在信任或不信任的條件下執行合約協議，保證交易活動的正常和有序運行。合約通常在法律上是具有強制執行力的，且以書面明示為原則。而智能合約是數字社會活動的基礎保障，計算機程序能夠管理機械設備的工作，進行更復雜和更高效的數字財產交易。智能合約代碼甚至可以取代律師和實體機構，來智能處理數字社會交易和法律判定，數字化財產能夠以將智能合約代碼內置到物理實體的方式被創造出來。我們可以預測到智能合約在未來幾年將會有巨大而普遍的需求，而智能合約工程是推動和保障發展的路徑。

1.智能合約工程起源的背景

就像軟件工程對于軟件發展的作用，建立并使用完善的工程化原則，以較經濟的手段獲得能在實際機器上有效運行的可靠軟件的一系列方法；智能合約工程就對于智能合約的作用，就是智能合約開發和維護的一系列經濟工程方法。

跨鏈智能合約平臺CLV宣布推出CLV Chain EVM:4月2日消息，跨鏈智能合約平臺CLV宣布推出CLV Chain EVM，向Web3世界進一步邁進。[2022/4/2 14:01:00]

這里可簡要回顧一下軟件工程的發展路徑，從而預測智能合約發展之路。百科詞條給出了簡明解釋，程序設計階段出現在1946年～1955年。此階段的特點是還沒有軟件的概念，程序設計主要圍繞硬件進行開發，規模很小，工具簡單，無明確的開發者和用戶分工。而軟件設計階段出現在1956年～1970年。此階段的特點是：硬件環境相對穩定，出現了軟件開發組，建立了軟件的概念。

隨后軟件系統的規模越來越龐大，高級編程語言層出不窮，應用領域不斷拓寬，開發者和用戶有了明確的分工，社會對軟件的需求量劇增。但軟件產品的質量不高，生產效率低下，導致了60年代中期開始的“軟件危機”的產生，軟件的成本、質量、工期、維護和規模生產都無法保證。從而誕生了軟件工程這一新興的工程學科。

歐盟委員會發布新數據法案相關提案，尋求加強對智能合約的控制:2月26日消息，歐盟委員會發布關于歐盟新數據法案的提案，其中一些關于智能合約的細則。該法案草案將智能合約定義為：“基于預先確定的條件執行和結算交易的電子分類賬上的計算機程序。它們有可能向數據持有者和數據接收者保證共享數據的條件得到遵守。”

法案第30條要求使用智能合約的應用程序應該增加終止功能：“確保存在終止繼續執行交易的機制：智能合約應包括可以重置或指示合約停止或中斷操作以避免未來（意外）執行的內部功能。”

專業人士指出，終止開關意味著單一來源能夠進行更改代碼，這在本質上威脅到了智能合約不可變性的承諾。（The Block）[2022/2/26 10:17:02]

軟件工程主要研究軟件生產的客觀規律性，建立與系統化軟件生產有關的概念、原則、方法、技術和工具，指導和支持軟件系統的生產活動，以期達到降低軟件生產成本、改進軟件產品質量、提高軟件生產率水平的目標。在軟件開發過程中人們開始研制和使用軟件工具，用以輔助進行軟件項目管理與技術生產，人們還將軟件生命周期各階段使用的軟件工具有機地集合成為一個整體，形成能夠連續支持軟件開發與維護全過程的集成化軟件支援環境，以期從管理和技術兩方面解決軟件危機問題。

Curve Finance已上線智能合約平臺Moonbeam Network:2月14日消息，據官方推特，去中心化交易平臺Curve Finance宣布已在Polkadot上與以太坊兼容的智能合約平臺Moonbeam Network啟動。[2022/2/15 9:51:30]

軟件工程確定了七條基本原理，涉及設計語言、數據庫、軟件開發工具、系統平臺、標準、設計模式等方面。目標是在給定成本、進度的前提下，開發出具有適用性、有效性、可修改性、可靠性、可理解性、可維護性、可重用性、可移植性、可追蹤性、可互操作性的軟件產品。軟件工程極大地推動和保障了現代軟件業規模的生產和應用。

智能合約作為區塊鏈上的一種鏈上軟件代碼被廣泛接受，是存儲在區塊鏈上的一類特殊軟件，可以按預先設定規則、按順序、安全、可驗證的方式實施特定的流程，合約的執行就是根據規定好的合約條款對合約方的合約信息進行的判別，并根據執行的結果采取相應的動作，職能類似于商業交易、監督管理過程中法律、法規的執行者。由于這些特點及執行價值轉移的巨大利益關聯性，智能合約的可信、公信、規模生產和可靠、正確和可監控執行帶來了新的挑戰或危機。

V神：以太坊智能合約促進了Uniswap之類的DEX興起:推特網友Aliquis在推特對以太坊創始人V神提問稱，就你看來，Binance、Kraken、Gemini、Bitstamp是不好的應用嗎？對此V神剛剛回復稱，有些是，有些不是。以太坊具有強大的智能合約功能，這無疑促進了Uniswap之類的DEX（去中心化交易所）的興起，也降低了CEX（中心化交易所）行為異常的風險。[2020/8/18]

這些危機越發引起人們的極大關注，典型案例如2016年6月17日，運行在以太坊公有鏈上的TheDAO智能合約遭遇攻擊，該合約籌集的公眾款項不斷被一個函數的遞歸調用轉向它的子合約，涉及總額三百多萬以太幣，這是一起嚴重的智能合約被攻擊事件。2018年5月美鏈(BEC)被爆出安全漏洞，被黑客用以太坊ERC-20智能合約中BatchOverFlow漏洞攻擊，引發價格閃崩，據英國和新加坡的研究人員統計，超過34000個智能合約都有可被利用的安全隱患等，智能合約危機已經凸顯。筆者在2017年5月首次提出了智能合約工程方法，并申請了相關的專利，下面簡單介紹其定義和主要內容。

動態 | 智能合約拖慢以太坊網絡引發擔憂:據Cryptovest消息，連續兩天，未知活動持續堵塞以太坊網絡。對此，有用戶分析認為這可能是由于游戲副本相關智能合約消耗費用占據了36.4%的以太坊Gas，并足以造成網絡擁堵并全面提高交易費用。現以太坊網絡定期交易費用已經超過1美元，相對來說為較高水平。另一假設認為，基于ETH的游戲以用戶少而聞名，因此ETH被用于類似彩票的游戲，可能是假冒多個用戶參與。與此同時，一份每隔幾秒就發出0.1ETH的合約消耗了以太坊超15%的Gas，這持續加重了以太坊網絡擁堵。[2018/8/8]

2.智能合約工程的定義和主要內容

智能合約工程的定義：它是融合軟件工程、智能化方法和法律代碼化技術的智能合約系統化、規模化、判定化的開發、維護和執行過程。

一個基本的智能合約工程的開發框架如圖1所示：

圖1智能合約工程框架

這個框架中，主要融合了三個方面技術，一是傳統軟件工程的理論方法，形式化方法是合約進行確定性高級別驗證的有效手段，通過形式化語言把合約中的概念、判斷、推理轉化成智能合約模型，可以消除自然語言的歧義性、不通用性，進而采用形式化工具對智能合約建模、分析和驗證，最后自動生成驗證過的合約代碼這一周期過程；二是合約需要參與方的共同認定并盡可能智能化，合約代碼和文本需要保證一致的一致性測試性，并需要區塊鏈分布式機制保證其代碼和執行的不可更改和可信性，采用自然語言識別、認知理論和機器學習方法盡可能使復雜契約規則能夠準確地自動轉換為智能合約代碼，同時，智能合約生產過程必須更為智能，更容易為用戶理解、編寫、部署和執行監管；三是智能合約需要法律層面的規制，計算法律研究如何使用計算機技術以電子媒介的方式來實現對法律、法規、合同、章程等法律文件的表達和自動執行，保障通過計算機代碼所設定的規則與現實世界中的法定規則保持相一致。此外，描述合約交易實體間復雜耦合作用，體現價值的變化和轉移也是很有意義的，可采用數學方法分析對系統穩定性和可達集進行計算分析，指導智能合約的自動代碼生成。同時，提供系列化軟件工具來支持智能合約的全生命周期的服務產生、組合應用、驗證、部署和運維。

我們定義了智能合約工程指導下生產的智能合約應當滿足的十個方面基本屬性：

1)合法性：代碼符合法律規制，所控資產擁有所有權，且合法有效；

2)公信性：合約代碼產生機制必須具有公信、權威性，結果可驗證；

3)證據性：過程數據和場景必須被安全地存儲，可被用于法律證據；

4)一致性：智能合約應與文本一致，經過專業人士制定審核；

5)智能性：能準確反映合約各方的智力共識和復雜自然語言邏輯；

6)可信性：靜態產生和動態執行過程必須具有正確、安全、可靠和可監管；

7)可觀察性：合約方能夠通過用戶界面去觀察關于合約執行的所有狀態；

8)可驗證性：合約方執行合約的過程是運行時可驗證；

9)自強制性：對于違反合約行為的制裁必須是強制性的；

10)接入控制：合約相關的背景、場景和關系都應該作為資產保護起來，只有發生爭執的時候，才有權限地可把內容提供給第三方檢驗。

開發者在智能合約工程指導下需要完成一系列工程開發階段，包括以下基本方面：

1)M：合約建模，根據約定進行合約建模或模板填寫；

2)F：合約功能屬性和非功能屬性正確性驗證；

3)G:合約代碼的自動或半自動生成;

4)D：合約軟件的開發，開發出智能化的合約軟件;

5)C：合約代碼與合約文本之間的一致性測試，滿足約定；

6)L：合約代碼滿足契約的法律化約定，具有存證和自動判定功能。

此外，智能合約工程還將催生創新的擴展理論、方法、開發模型、計劃、標準和工具等，后期系列文章將逐步展開介紹。

可以預期區塊鏈和智能合約的關系就好像互聯網技術發展早期建網和網絡應用的關系，發展智能合約規模化生產技術就像軟件工程對發展軟件起到的重要作用一樣，必將成為區塊鏈產業和驅動應用落地最為有價值的事業。

作者胡凱為北京航空航天大學分布式實驗室、北京航空航天大學云南創新研究院教授。

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