Pengantar

Dari bergulat dengan bytecode di Etherscan hingga menjaga terhadap segala macam eksploitasi kode di Solidity, tumpukan teknologi EVM dalam pengembangan blockchain sangat berbeda dari tumpukan teknologi web2 bagi banyak pengembang, sehingga menciptakan “celah” antara teknologi Solidity-EVM. stack dan bahasa umum seperti Rust, C++, atau Python. Seiring dengan semakin matangnya ruang blockchain, terdapat kebutuhan besar untuk menjembatani kesenjangan pengembang ini dan memungkinkan pengembangan web3 yang lebih dapat disusun.

Dalam artikel ini, kami akan memperkenalkan proyek terbaru Offchain Labs, Arbitrum Stylus, yang diluncurkan pada konferensi Blockchain Applications Stanford Summit (BASS) selama Stanford Blockchain Week. Arbitrum Stylus adalah proyek penting yang bertujuan untuk menciptakan standar baru untuk komposisi kontrak pintar melalui penyatuan lingkungan eksekusi EVM dengan WASM. Pertama, kita akan membahas beberapa motivasi di balik proyek ini, sebelum mendalami beberapa detail implementasi proyek, dan terakhir membahas dampak proyek di ruang web3.

Motivasi untuk Arbitrum Stylus

Arbitrum Stylus dikembangkan untuk mengatasi dua masalah utama dalam pengembangan blockchain: (1) aksesibilitas pengembangan blockchain, dan (2) efisiensi pelaksanaan kontrak pintar.

Membuat Pengembangan Blockchain Lebih Mudah Diakses

Laporan Pengembang oleh Electric Capital. Gambar dari Sumber [1]. Diakses pada 20 Oktober 2023.

Menurut Laporan Pengembang Electric Capital, saat ini terdapat sekitar 20.000 pengembang blockchain aktif setiap bulannya [1]. Meskipun jumlah ini telah meningkat pesat dalam beberapa tahun terakhir, jumlah ini masih jauh tertinggal dari jutaan (atau puluhan juta) pengembang yang mengarusutamakan bahasa tujuan umum seperti Rust atau C++. Seiring dengan berkembangnya ruang blockchain, terdapat peningkatan kebutuhan untuk menyederhanakan proses penerimaan jutaan pengembang kontrak pintar baru.

Salah satu cara terbaik untuk melakukannya adalah dengan mengintegrasikan proses pengembangan kontrak pintar dengan bahasa umum yang ada, seperti Rust atau C++. Ini adalah pendekatan yang diadopsi oleh banyak ekosistem non-EVM, seperti Solana dan Cosmos, dengan Rust muncul sebagai bahasa kontrak pintar de facto di ekosistem tersebut. Ekosistem EVM, hingga saat ini, terutama bergantung pada bahasa pemrogramannya yang berbeda, Solidity, untuk menulis kontrak pintar. Arbitrum Stylus, bagaimanapun, berupaya mengubah hal ini dengan mengizinkan pengembang blockchain untuk menulis kontrak pintar dalam bahasa umum seperti Rust dan kemudian menerapkannya pada rantai yang kompatibel dengan EVM.

Menjadikan Eksekusi Kontrak Cerdas lebih Efisien

Selama beberapa tahun terakhir, seiring dengan semakin populernya aplikasi terdesentralisasi, terdapat peningkatan dramatis dalam permintaan komputasi on-chain, terutama pada jaringan Ethereum. Lonjakan permintaan jaringan ini menyebabkan harga gas selangit. Hal ini pada gilirannya telah mendorong banyaknya inovasi dalam meningkatkan hasil transaksional blockchain publik, dan Arbitrum adalah salah satu proyek dan ekosistem paling menonjol di bidang ini. Ini termasuk rantai andalan Arbitrum One L2, serta tumpukan teknologi Arbitrum Nitro .

Arbitrum Stylus adalah perpanjangan alami dari semua ini dan solusi terbaru dalam perangkat Arbitrum. Dibandingkan dengan solusi sebelumnya, yang berfokus pada optimalisasi efisiensi transaksi antar-transaksional (seperti mengelompokkan transaksi melalui rollup), Stylus berfokus pada optimalisasi tingkat intra-transaksional – khususnya, bagaimana setiap transaksi dieksekusi. Dengan memungkinkan kontrak dieksekusi di WebAssembly (WASM), kontrak Stylus jauh lebih cepat, menjanjikan biaya bahan bakar yang lebih rendah, serta memiliki akses ke memori yang 100-500x lebih murah dibandingkan menggunakan EVM [2].

Stylus: Menyediakan Komposabilitas WASM + EVM

WebAssembly dan Arbitrum Nitro

Untuk memahami mengapa Stylus jauh lebih efisien dan dapat disusun dibandingkan mesin EVM tradisional, pertama-tama kita perlu memahami peran WebAssembly, atau WASM. WASM adalah salah satu bentuk bahasa assembly, yang artinya pada dasarnya adalah kode biner yang dapat dibaca mesin, bukan bahasa yang dapat dibaca manusia seperti Rust atau C++. Sebaliknya, bahasa yang dapat dibaca manusia ini memerlukan “kompiler” untuk mengubahnya menjadi “bahasa rakitan” yang dapat dibaca mesin sebelum dieksekusi.

WASM khususnya, seperti namanya, adalah bahasa rakitan yang dioptimalkan untuk browser web, untuk meningkatkan kecepatan eksekusi aplikasi Web berbasis Javascript. Dengan menjadi bahasa assembly yang portabel, modular, dan mudah dieksekusi, WASM memungkinkan pengembang untuk langsung menulis cuplikan kode dalam berbagai bahasa umum, seperti Rust atau C++ [3].

Dengan peningkatan Nitro Arbitrum , karena semua perselisihan on-chain dimainkan di WASM, ini berarti Nitro memiliki sistem penipuan yang berfungsi untuk WASM sewenang-wenang [2]. Dan karena Arbitrum Nitro mampu memberikan bukti penipuan untuk kode WASM apa pun, artinya Arbitrum Nitro dapat memberikan bukti penipuan untuk program apa pun yang dikompilasi hingga WASM.

Arbitrum Stylus terutama menambahkan mesin eksekusi WASM di atas pembukti penipuan WASM yang diwarisi dari Arbitrum Nitro, berdasarkan salah satu mesin WASM terkemuka yang disebut Wasmer, yang mengeksekusi kode jauh lebih cepat daripada Geth mengeksekusi bytecode EVM [2]. Dengan mesin eksekusi dan mesin bukti, hal ini memungkinkan kontrak pintar ditulis, dieksekusi, dan dibuktikan sepenuhnya di WASM. Mengingat banyak bahasa arus utama, seperti Rust dan C++ dapat dikompilasi langsung ke WASM, inilah cara Arbitrum Stylus memungkinkan pengembang blockchain untuk menulis, menerapkan, dan mengeksekusi kontrak pintar dalam berbagai bahasa umum umum arus utama.

Membandingkan EVM dengan Stylus EVM+. Gambar dari Sumber [2].

Koherensi dalam Mesin EVM+

Arbitrum Stylus memberi pengembang opsi tambahan untuk menulis kontrak dalam Rust dan bahasa lain yang kompatibel dengan WASM, tanpa harus mengorbankan kemampuan untuk menulis dan menjalankan kontrak pintar di Solidity. Dengan memiliki dua mesin eksekusi yang setara yaitu EVM dan WASM, Stylus juga memberi pengembang opsi untuk menulis sebagian aplikasi mereka di Solidity, dan sebagian lagi di Rust.

Namun hal ini menimbulkan pertanyaan: bagaimana cara Stylus VM mengatur koherensi antara dua mesin yang berbeda? Bagaimana cara mengetahui kapan harus beralih antara EVM dan WASM VM?

Pertama, Solidity dan kontrak berbasis EVM lainnya dikompilasi ke dalam bytecode yang sama, kemudian dieksekusi seperti biasa di mesin EVM murni. Kontrak pintar berbasis WASM, seperti yang ditulis di Rust misalnya, akan diberi anotasi dengan “header” tambahan di awal kontrak. Jadi, saat kontrak ini dipanggil, Stylus VM dapat mengetahui kontrak mana yang memerlukan mesin EVM, dan kontrak mana yang memerlukan mesin WASM. Desain ini juga memperhitungkan tingkat interoperabilitas yang besar, dimana kontrak yang ditulis dalam WASM dapat melakukan panggilan ke kontrak yang ditulis dalam Solidity, dan sebaliknya. Ini juga merupakan perbedaan utama Stylus dari blockchain lain yang telah mengadopsi mesin eksekusi WASM: Stylus memastikan bahwa kontrak WASM sepenuhnya dapat disusun dan dapat dioperasikan dengan kontrak EVM, memungkinkan kompatibilitas mundur dan kontrak WASM untuk memanfaatkan likuiditas EVM.

Perspektif lain untuk melihat mesin ganda Stylus yaitu EVM dan WASM adalah dengan melihat blockchain sebagai “mesin negara dunia” yang menjalani transaksi negara tertentu sebagaimana didefinisikan dalam EVM. Di Ethereum, status on-chain direpresentasikan melalui struktur Trie, atau struktur data mirip pohon yang digunakan untuk menyimpan dan mengambil data secara efisien [4]. Mesin EVM dan WASM Stylus menggunakan struktur Trie yang sama untuk membaca dan menulis data ke dan dari “mesin negara dunia”. Kedua mesin menghasilkan beberapa perubahan keadaan untuk memperbarui keadaan dunia; satu-satunya perbedaan adalah cara mereka menghitung perubahan keadaan ini.

Penghematan Biaya Mesin EVM+

Sebelumnya, kami telah mengisyaratkan bahwa penggunaan mesin WASM dapat menghemat biaya secara signifikan karena peningkatan efisiensi eksekusi. Sekarang kita dapat memeriksa bagaimana hal ini dicapai. Untuk melakukannya, mari kita pertimbangkan satu instruksi ADD, katakanlah untuk 2 + 3.

Di EVM, kita perlu melakukan langkah-langkah berikut [5]:

1. Bayar untuk bahan bakar, memerlukan beberapa pencarian tabel di memori
2. Pertimbangkan penelusuran, meskipun dinonaktifkan
3. Pop dua item dari tumpukan simulasi
4. Tambahkan semuanya
5. Dorong hasilnya

Kita dapat melihat bahwa hanya Langkah 4 yang benar-benar melibatkan penambahan dua bilangan bulat ini, sedangkan semua langkah lainnya adalah “instruksi boilerplate” dalam sistem EVM yang semuanya memerlukan jumlah gas yang sangat tinggi dibandingkan dengan penghitungan itu sendiri.

Di sisi lain, misalkan kita menggunakan WASM untuk operasi ADD sederhana ini. Kita hanya perlu satu langkah:

1. Jalankan satu instruksi x86 atau ARM ADD

Perbandingan EVM ADD dan WASM ADD. Gambar dari Sumber [7].

Kita dapat melihat di sini bahwa ini 150x lebih murah daripada penambahan EVM. Mengingat semua penghematan gas ini, Stylus VM bahkan telah memperkenalkan subunit baru “gas,” yang disebut “tinta,” yang saat ini didefinisikan secara default sebagai 1/10000 dari 1 gas, dan bahkan dapat dikonfigurasi oleh pemilik rantai [5].

Namun ada satu hal yang perlu diwaspadai dari semua penghematan gas ini, yaitu, diperlukan gas untuk mengaktifkan Stylus VM, yang saat ini ditetapkan pada tingkat bunga tetap sebesar 114 juta gas. Selain itu, memanggil program Stylus sendiri saat ini membutuhkan sekitar 128-2048 gas [5]. Oleh karena itu, mengaktifkan lingkungan WASM hanya untuk mengoptimalkan satu operasi ADD untuk dua bilangan bulat mungkin tidak masuk akal secara ekonomi. Namun, untuk kontrak pintar yang membutuhkan banyak memori, semua penghematan ini akan bertambah, mengimbangi “biaya aktivasi” ini. Misalnya, panggilan yang mengalokasikan 3,8 MB RAM di EVM akan menghabiskan ~32 juta bahan bakar, sedangkan di Stylus WASM VM hanya memerlukan ~64 ribu bahan bakar, sehingga memberikan penghematan 500x [6]. Akibat wajar dari hal ini adalah bahwa aplikasi intensif memori tidak mungkin dilakukan pada vanilla EVM, karena aplikasi tersebut dengan cepat menghadapi segala macam batasan bahan bakar. Namun, hal ini menjadi sangat mungkin dilakukan di Stylus VM, mengingat penggunaan runtime WASM akan jauh lebih murah.

Membuka Kasus Penggunaan Baru dengan Stylus

1. Aplikasi yang Memakan Memori Secara Intensif

Seperti dibahas di atas, salah satu bagian paling menarik tentang Arbitrum Stylus adalah memungkinkan aplikasi on-chain yang intensif memori. Hal ini membuka kelas aplikasi baru, seperti AI NFT generatif, perdagangan frekuensi tinggi, dan permainan on-chain [7]. Memang benar, Stylus VM mungkin merupakan teknologi penting yang memungkinkan AI, yang terkenal dengan kebutuhan memorinya yang tinggi, dapat melakukan komputasi secara on-chain, dan sepenuhnya dapat dioperasikan dengan kontrak EVM.

2. Komposabilitas Alt-VM dengan Likuiditas EVM

Selain itu, kompatibilitas EVM Stylus dan kemampuan untuk memungkinkan kontrak berbasis WASM dapat dioperasikan dengan kontrak Soliditas asli berarti bahwa kontrak WASM ini dapat sepenuhnya memanfaatkan likuiditas besar dan basis pengguna pada EVM. Ingatlah bahwa kami telah menyebutkan sebelumnya bahwa banyak VM alternatif, seperti Solana dan Cosmos, menggunakan bahasa yang kompatibel dengan WASM seperti Rust untuk menjalankan kontrak pintar mereka. Mesin WASM Stylus berarti bahwa pengembang di VM alternatif ini dapat dengan mudah memindahkan kontrak mereka ke ekosistem EVM dan segera memanfaatkan likuiditas EVM.

3. Perpustakaan Tujuan Umum, Prakompilasi, dan Infrastruktur Debugging

Keuntungan lain dari Stylus yang memungkinkan pengembang untuk menggunakan bahasa umum seperti Rust dan C++ untuk menulis kontrak pintar mereka adalah bahwa pengembang dapat menggunakan sejumlah besar perpustakaan tujuan umum yang mendukung bahasa umum yang berisi segala hal mulai dari komputasi on-chain hingga kriptografi. primitif untuk mengajukan I/O.

Yang lebih penting lagi, pengembang bisa mendapatkan keuntungan dari infrastruktur perkakas canggih yang dibangun untuk bahasa-bahasa umum ini. Ini tidak hanya mencakup manajer paket tingkat lanjut, tetapi juga infrastruktur debugging yang familiar, seperti toolkit GDB di C/C++. Semua ini kemungkinan akan sangat meningkatkan pemahaman pengembangan web3, dan memungkinkan proses orientasi yang lebih sederhana ke dalam pengembangan blockchain dan tumpukan EVM.

4. Menghadirkan Komputasi On-Chain ke IoT untuk DePIN

Dengan peningkatan efisiensi eksekusi WASM, Stylus VM dapat membuka pintu untuk mengintegrasikan komputasi on-chain dengan perangkat portabel di Internet of Things (IoT) – termasuk segala hal mulai dari lampu lalu lintas, lemari es pintar, hingga jam tangan pintar. Meskipun WASM awalnya ditujukan untuk lingkungan browser, arsitekturnya yang portabel, modular, dan eksekusi yang efisien membuatnya sangat cocok untuk perangkat IoT, yang memerlukan runtime kecil dan efisien [8].

Dengan demikian, WASM VM Arbitrum Stylus sangat cocok untuk tren berkembang Jaringan Infrastruktur Fisik Terdesentralisasi (DePIN), yang berupaya menggunakan jaringan blockchain dan insentif token baru untuk memelihara infrastruktur fisik, mulai dari sistem WiFi hingga baterai bertenaga surya [9] . Karena sebagian besar DePIN bergantung pada integrasi tumpukan blockchain dengan perangkat IoT, Arbitrum Stylus dapat berfungsi sebagai gerbang penting yang memungkinkan perangkat ini menjalankan komputasi berbasis WASM secara efisien dan memanfaatkan likuiditas EVM melalui ekosistem Arbitrum [10].

Kesimpulan

Sepanjang artikel ini, kami telah mengeksplorasi secara mendalam motivasi, implementasi, dan dampak Arbitrum. stilus. Dengan memungkinkan pengembang untuk menulis dan menerapkan kontrak pintar dalam berbagai bahasa umum, Stylus menjadikan pengembangan blockchain lebih mudah diakses dan efisien, menggabungkan komposisi arus utama dengan likuiditas EVM untuk membuka berbagai aplikasi baru, terutama yang membutuhkan banyak memori. Dengan demikian, Stylus bisa dibilang merupakan proyek penting dalam menentukan generasi berikutnya dari kontrak pintar yang dapat dikomposisi, menjadi platform yang mampu mengaburkan batasan antara pengembangan web2 dan web3 untuk menciptakan tumpukan pengembangan blockchain yang lebih efisien, terintegrasi, dan berperforma tinggi.

Penafian:

1. Artikel ini dicetak ulang dari [STANFORD BLOCKCHAIN CLUB]. Semua hak cipta milik penulis asli [Rachel Bousfield；Jay Yu]. Jika ada keberatan terhadap cetak ulang ini, silakan menghubungi tim Gate Learn , dan mereka akan segera menanganinya.
2. Penafian Tanggung Jawab: Pandangan dan pendapat yang diungkapkan dalam artikel ini adalah sepenuhnya milik penulis dan bukan merupakan nasihat investasi apa pun.
3. Terjemahan artikel ke bahasa lain dilakukan oleh tim Gate Learn. Kecuali disebutkan, dilarang menyalin, mendistribusikan, atau menjiplak artikel terjemahan.