一、前言

1.1 项目版本

1. cosmwasm：orgin/main
2. wasmd：origin/master

1.2 简单介绍

1. cosmwasm主要功能：
- cosmwasm-template：提供编写智能合约（以下简称合约）的模板
- cosmwasm-examples：提供合约样例
- cosmwasm-storage：存储合约
- cosmwasm-vm：使用wasmer引擎执行给定的智能合约，还包含合约计费、存储和缓存wasm组件的功能
- go-cosmwasm：现已改名为wasmvm，调用cosmwasm-vm中的部署、实例化和执行合约的接口，使用它的优化和缓存

2. wasmd主要功能：
- 基于cosmos-sdk写的app，集群智能合约，导入了wasmvm


先从简单的说起

二、wasmd

wasmd主要功能如图所示

图中的irita网络是基于cosmos-sdk写的区块链网络，导入了wasmd模块，所以irita网络对于智能合约相关逻辑是与wasmd一致的，关于irita这里不做过多介绍。

0. 编译：根据cosmwasm-template，参考cosmwasm-examples，使用rust编写合约，然后用cli命令编译成wasm文件。也可以用go来编写，
但是暂时没有找到操作区块链存储、世界状态的接口样例。
1. 部署：将wasm原始字节，经base64标准编码后作为参数传给wasmd，或者使用gzip算法压缩原始字节后base64编码，wasmd会将合约存储并返回
合约编号。若编译好的Wasm字节码文件比较大，则部署到链上需要的存储空间会比较多，费用也会比较高，但是可以使用ontio-Wasm-build工具将 Wasm 字节码减小。
2. 初始化：也就是实例化，将合约编号作为参数传给wasmd，wasmd会根据合约编号生成合约账号，然后将合约账号、合约字节内容经base64编码返回，
可自行验证本地编译的代码是否与上传的代码散列相匹配。
3. 执行：将合约账号作为参数传给wasmd，wasmd调用wasmvm提供的接口执行合约（其实初始化也会调用），返回执行后的数据
4. 升降级：首先新合约按照步骤1执行，然后将旧合约账号与新合约编号作为参数传给wasmd，wasmd会重新建立合约账号与合约的绑定，也就是代理合约，
返回新合约字节内容。

三、cosmwasm

3.1 合约计费规则

1. cosmwasm定义了合约在加密验签的gas消耗，如代码所示

    定位代码：cosmwasm/packages/vm/src/environment.rs -> GasConfig:
   

impl GasConfig {
    // 底层加密验签消耗gas：1000（cosmos-sdk定义的）* 100（cosmwasm定义的）
    const BASE_CRYPTO_COST: u64 = 100_000;

    // secp256k1 算法验签消耗gas的因子
    const SECP256K1_VERIFY_FACTOR: (u64, u64) = (154, 154); // ~154 us in crypto benchmarks

    // secp256k1 算法恢复公钥消耗gas的因子
    const SECP256K1_RECOVER_PUBKEY_FACTOR: (u64, u64) = (162, 154); // 162 us / 154 us ~ 1.05
    // ed25519 算法验签消耗gas的因子
    const ED25519_VERIFY_FACTOR: (u64, u64) = (63, 154); // 63 us / 154 us ~ 0.41

    // ed25519 算法批量验签消耗gas的因子
    const ED255219_BATCH_VERIFY_FACTOR: (u64, u64) = (
        GasConfig::ED25519_VERIFY_FACTOR.0,
        GasConfig::ED25519_VERIFY_FACTOR.1 * 2,
    ); // 0.41 / 2. ~ 0.21
    // ed25519 算法单公钥验签消耗gas的因子
    const ED255219_BATCH_VERIFY_ONE_PUBKEY_FACTOR: (u64, u64) = (
        GasConfig::ED25519_VERIFY_FACTOR.0,
        GasConfig::ED25519_VERIFY_FACTOR.1 * 4,
    ); // 0.41 / 4. ~ 0.1
	
	// 计算加密验签消耗的gas
    fn calc_crypto_cost(factor: (u64, u64)) -> u64 {
        (GasConfig::BASE_CRYPTO_COST * factor.0) / factor.1
    }
}

2. cosmwasm对于存储的读、写、修改、删除的gas的计费规则由gas_limit控制，如代码所示，但是对加、乘算法等操作没有定义。

    这里只展示部分代码，定位代码：cosmwasm/packages/vm/src/environment.rs -> Environment
   

    pub fn new(api: A, gas_limit: u64, print_debug: bool) -> Self {
        Environment {
            api,
            print_debug,
            gas_config: GasConfig::default(),
            data: Arc::new(RwLock::new(ContextData::new(gas_limit))),
        }
    }

	// 其他函数与此函数类似，就不贴代码了
	// FnOnce匿名函数，可访问外部变量S、Q
    fn with_context_data_mut<C, R>(&self, callback: C) -> R
    where
        C: FnOnce(&mut ContextData<S, Q>) -> R,
    {
    	// 根据new函数：self.data的值来自gasLimit
        let mut guard = self.data.as_ref().write().unwrap();
        let context_data = guard.borrow_mut();
        callback(context_data)
    }

以太坊对于gas的消耗就非常详细，可参考下图，具体见以太坊黄皮书第20页，

并且以太坊对每个操作指令都有明文规定的Gas消耗量，可参考下图，具体见Gas清单 ，

当然以太坊gas消耗是可以优化的，具体见此处。

3. 执行智能合约时 gasUsed 无法提前预知， 这样存在一个风险，当用户的交易涉及一个恶意的智能合约，该合约执行将消耗无限的燃料， 这样会导致交易方的余额全部消耗（恶意的智能合约有可能是程序Bug，如合约执行陷入一个死循环）。为了避免合约中的错误引起不可预计的燃料消耗，用户需要在发送交易时设定允许消耗的燃料上限，即 gasLimit。 这样不管合约是否良好，最坏情况也只是消耗 gasLimit 量的燃料。

4. 如果交易尚未执行完成，而gas已用完，那么交易回滚，用完的gas不会返还。

5. 即使交易失败，也必须为已占用的计算资源支付手续费。

3.2 合约与世界状态交互

先来看世界状态的定义：所有节点从同一个创世状态开始，依次运行达成共识的区块内的交易，驱动各个节点的状态按照相同操作序列（增加，删除，
修改）不断变化，实现所有节点在执行完相同编号区块内的交易后，状态完全一致，把这个状态称之为世界状态。

 合约与世界状态的交互实际上是合约调用底层区块链的读写接口，各节点执行相同的合约从而使得数据达成一致。
 只有在每个交易和区块处理过后，并且每个节点达到相同状态，智能合约才能正常运行。

来看合约对存储的操作，如代码（cosmwasm/packages/std/src/imports.rs）所示，此接口通过C/C++编写的动态库操作存储、验签，此接口将在vm中用到，见 cosmwasm/packages/vm/src/instance.rs -> Instance::from_module() 所示代码

extern "C" {
	// 增删改接口
    fn db_read(key: u32) -> u32;
    fn db_write(key: u32, value: u32);
    fn db_remove(key: u32);

    // scan creates an iterator, which can be read by consecutive next() calls
    // 迭代数据接口
    #[cfg(feature = "iterator")]
    fn db_scan(start_ptr: u32, end_ptr: u32, order: i32) -> u32;
    #[cfg(feature = "iterator")]
    fn db_next(iterator_id: u32) -> u32;
	
	// 可视化账号
    fn canonicalize_address(source_ptr: u32, destination_ptr: u32) -> u32;
    fn humanize_address(source_ptr: u32, destination_ptr: u32) -> u32;

	// 算法验证
    fn secp256k1_verify(message_hash_ptr: u32, signature_ptr: u32, public_key_ptr: u32) -> u32;
    fn secp256k1_recover_pubkey(
        message_hash_ptr: u32,
        signature_ptr: u32,
        recovery_param: u32,
    ) -> u64;
    fn ed25519_verify(message_ptr: u32, signature_ptr: u32, public_key_ptr: u32) -> u32;
    fn ed25519_batch_verify(messages_ptr: u32, signatures_ptr: u32, public_keys_ptr: u32) -> u32;

    fn debug(source_ptr: u32);

	// 查询链上数据
    /// Executes a query on the chain (import). Not to be confused with the
    /// query export, which queries the state of the contract.
    fn query_chain(request: u32) -> u32;
}

Fabric中智能合约与账本中世界状态进行交互的方法：利用PutState和GetState这两个API来实现的，见下图。