从EVM到Wasm的范式转移，Polkadot为何成为公链的常青树？

波卡生态研究院出品，必属精品（文章很长，建议先收藏再看）

本文由 Patract Labs 与 Polkadot 生态研究院联合出品。 这篇文章会涉及到一些专业术语，但我们会以通俗易懂的方式进行解释。 您可以酌情阅读重要说明。

背景

如果时间回到2017年，人们还记得那一年区块链领域发生的事情，尤其是公链领域的爆发。 当年号称公链的项目数以万计，不足以形容。 然而，后来的故事告诉我们，真正能够跨过历史长河的公链屈指可数。 于是，公链的竞争似乎从“万箭齐发”变成了“九十九归一”，只剩下以太坊扛起了公链的生态大旗。

而4年后的今天，我们将时间拨回到2021年初，那个时候，公链生态已经没有了所谓的“以太坊杀手”。 大家都关注以太坊，不管是 DeFi 还是 NFT。 两者都源自以太坊生态系统。 不过，以太坊生态项目的火爆也挤压了以太坊的业绩。 以太坊转账慢、gas 费高的老问题又出现了。

于是，一些新的解决方案逐渐浮出水面。 币安智能链BSC首先脱颖而出。 通过兼容EVM，在BSC上快速复现以太坊的成熟应用，快速支持Binance Exchange。 成长为全球第二大锁仓量公链。 随后定位为Layer 2聚合器的Polygon和高性能公链Solana在4月份开始发力evm可以运行比特币脚本，公链上涨的概率越来越大。

在刚刚过去的8月份，我们再次见证了公链大潮的爆发，Avalanche、Fantom、Celo等公链纷纷迎来了巨大的增长。

这些公链之所以突然火起来，除了市场的炒作和公链的激励机制外，几乎都采用或兼容EVM（Ethereum Virtual Machine）“以太坊虚拟机”（除了 Solana），使得它们能够快速使用智能合约，有效兼容使得生态快速扩张，因此 EVM 为一些公链的爆发奠定了基础。

虽然EVM目前被认为是区块链领域较为完备的机制，但其局限性和时效性也随着区块链的发展而显得“落伍”，而作为EVM合约升级版的Wasm合约开始受到关注每个人的注意力。

我们也看到，以太坊创始人“V神”早就表示，以太坊2.0将升级为Wasm合约（eWASM），以满足更多的发展需求。 但现在，Wasm 合约的发展已经有了一定的雏形，尤其是在波卡生态中，接受者和采用者越来越多，他们似乎看到了遥远的未来……

快速了解 EVM 和 Wasm

EVM 和 Wasm VM 是区块链常用的两种虚拟机。 现在很多流行的区块链都或多或少兼容了EVM，但是也有很多新兴的公链会使用Wasm技术。 这背后会发生什么？ 什么样的变化？ 要清楚地了解这些，我们需要对EVM和Wasm有一个简单的了解。

1、什么是EVM？

按照更标准的定义，EVM是专门为以太坊客户端开发的虚拟机，主要用于在以太坊网络上运行智能合约代码。 它本质上是一个虚拟机 (VM)，但更轻巧。 虚拟机可以简单的理解为一台虚拟的计算机，所以我们可以在这台计算机上编写程序和运行程序。

将这个虚拟机（VM）应用到以太坊上，我们就有了大家熟知的EVM（Ethereum Virtual Machine，以太坊虚拟机）。 自动执行。 同时，借助以太坊的智能合约功能，我们可以顺利完成区块链网络上的各种模块化任务。

通俗地说，借助以太坊的虚拟机，我们可以将现实世界的合约或合约映射到区块链上，这样当需求（或条件）发生时，交易或转账自动完成，避免合约违约，它可以可以说只有有了虚拟机的以太坊，以太坊的后续发展，才会给区块链带来更多的应用，无论是DeFi、NFT还是其他联盟链功能。

2. 什么是 Wasm？

Wasm的全称是WebAssembly，一种运行在基于栈的虚拟机上的二进制指令格式。 这些代码可以是 C、C++ 或 Rust 等，它们会被编译到你的浏览器中，并以接近原生的速度运行在你的 CPU 上，而且这些代码是以二进制文件的形式存在的。 Wasm的开发团队来自Mozilla、谷歌、微软、苹果等公司，标准由W3C组织制定。

Wasm 最初是为浏览器设计的虚拟机，但是在越来越多的开发者使用 Wasm 之后，他们逐渐扩展了 Wasm 的使用场景，使得 Wasm 成为目前最常见的格式之一。

在区块链领域，其主机独立性、安全沙箱和整体简单性使其成为智能合约的理想运行环境。 此外，它还允许使用多种现代编程语言（Rust、C++、JavaScript 等）来开发合约。 以太坊团队一直在试用基于 Wasm 的合约引擎 eWasm，并计划在 2021 年的某个时候正式发布。

为什么说EVM会paradigm shift到Wasm 1.什么是paradigm shift？

Paradigm Shift，又称“范式转换”，最早由美国著名科学哲学家托马斯·库恩（Thomas S. Kuhn）提出，他认为“范式”是指特定的科学共同体从事某一类型的研究。科学活动 必须遵循的公认模式，包括共同的世界观、基本理论、范式、方法、手段、标准以及与科学研究有关的一切。 而且这个概念还可以衍生到其他层面，比如经济层面、企业管理层面、业务层面等等。

范式转换是将一种早已确立并被认可的模式A转换为另一种模式B的过程。例如，使用bp寻呼机转换为使用手机evm可以运行比特币脚本，短信转换为微信，DVD转换为流媒体， 等等。

反馈到当前人类科学的进步，我们每一次伟大的科技进步都不是偶然的，甚至可以说是一种必然，这些技术的指向性用托马斯来形容，“科学的发展是一系列新理论取代旧理论的过程”，区块链也是如此。

EVM 从以太坊诞生至今，已经走过了 7 个年头。 与当年的区块链世界相比，已经有了巨大的飞跃。 按照范式转换的路径，以太坊即将进入2.0时刻，因此EVM也迫切需要更新迭代。 EVM 还是几年前的设计，但新技术发展很快。 EVM 似乎正在转向 Wasm，这也是范式转变的结果。

2. Wasm相对于EVM有什么优势？

以太坊基金会在 Devcon 上多次表态，有意从 EVM 过渡到 Wasm，但已经上线的庞大合约规模无法支撑深层次的变革，生态也离这个临时方案越来越远. 选择 Wasm 作为智能合约虚拟机的优势如下：

1.完全赢得EVM虚拟机。 与需要开发者预编译、编程成本较高的EVM相比，Wasm虚拟机的结构、指令完整性、执行效率都远超EVM虚拟机，将成为合约的新引擎发展。

2、执行速度快。 Wasm 具有一套完整的语义，并且具有紧凑的二进制格式和较小的体积，这使得 Wasm 字节码运行时的效率接近于本地机器码，比 EVM 的性能高出 1 到 2 个数量级。 它将升级为更快的 JIT 虚拟机。

3、交易成本低。 更快的 Wasm 虚拟机导致交易吞吐量大幅提升，合约部署和交易的成本也可以大大降低。 可以说，Wasm 合约解决了目前以太坊上交易手续费高、交易拥堵的问题。

4. 合约语言范围广。 Wasm 扩展了智能合约开发者可用的语言系列，支持使用任何 Wasm 高级语言（如 Rust、C++、JavaScript 等）开发和编写复杂的业务逻辑，这意味着你可以编写智能合约使用您熟悉的任何语言，包括最成熟的基于 Rust 的 ink!，或基于 AssemblyScript 的 Ask! 等。

3. EVM 范式转移到 Wasm 的原因

虽然我们刚才简单的说了 Wasm 在技术层面上比 EVM 有很多优势，但是从 EVM 到 Wasm 的范式转移的原因不仅仅是这个方面。

作为EVM的发明者和Polkadot的创始人，Gavin博士在这个问题上有足够的发言权。 在做 Polkadot 时，Gavin 并没有遵循他发明的 EVM，而是选择了 Wasm。 这背后的原因可以很好地回答这个问题。

虽然以太坊的 EVM 看起来已经有六七年的历史，很多公链都在采用或兼容 EVM，但 EVM 可能不是最终的答案。

当 Gavin 博士选择离开以太坊开始新的项目时，他有很多选择。 但是对于 Gavin 博士来说，如果他只是做一个另一个项目的“山寨版”，或者只是稍微迭代一下，增加事务吞吐量，或者创建一个稍微改进的语言，这是不够的。 他的。

所以，Gavin不想走过去的老路，他选择了一条没有人走过的路，创新性的做了一个低于公链的基础设施项目，这就是Polkadot。

在做 Polkadot 的时候，选择 Wasm 的原因从他对 EVM 的态度也可以看出：“很多人已经在使用 EVM，所以支持这些遗留协议和遗留语言是非常重要的。” 依靠旧技术谋生，同时也展望新的未来，“开始思考下一代工具是什么，对我来说就是使用 WebAssembly 作为智能合约。”

事实上，Wasm 自身的很多优势与 Polkadot 非常匹配。 例如，区块链需要确定性来跨对等网络中的所有节点进行可靠的状态转换更新，而无需强制每个节点运行完全相同的硬件。 Wasm 非常适合跨潜在不同机器集的可靠性。 Wasm 既高效又快速，这种效率意味着它可以作为代码块上传到链上，而不会出现过多的状态膨胀，同时保持其以接近本机速度执行的能力。 Wasm 还支持 Polkadot 的免分叉升级，这也为 Polkadot 提供了另一个强大的工具。

最懂EVM的Gavin就是这样选择了Wasm，其他公链也是如此。 毕竟EVM的诞生也是有历史背景的。 一是当时互联网发展比较早，可供选择的优质技术不多。 当时 Wasm 还没有诞生（Wasm 诞生于 2015 年 6 月），所以 Gavin 博士在他们还在以太坊担任 CTO 的时候，在设计以太坊的时候，尽量不偏离这个世界熟悉的东西太远当时是比特币。 EVM 的问题在于它是一个非常固执己见的设计，因为它源自一个已经非常固执己见的设计，即比特币的脚本设计。

从这里也可以看出，EVM是时代的产物，也受制于当时的时代背景和技术，并不是最优解。 随着Wasm在互联网领域做大做强并逐步完善，区块链领域的技术专家们也在尝试将这一更优秀的技术应用到区块链中。 这也是为什么比较新的公链会更多的支持Wasm，然后以兼容的形式接入EVM。

EVM 可以通过什么形式转换为 Wasm？ 1、将如何转化为以太坊等EVM生态？

首先，让我们看看以太坊将如何从EVM迁移到eWASM，而这其中绕不开的就是讨论以太坊2.0的更新。 根据以太坊开发团队公布的进展，随着以太坊 2.0 的实现，eWASM 将被部署到新的以太坊使用环境中，以实现更快、更容易和更具包容性的开发。

早些时候，eWASM 团队给出了它的具体设计目标：构建一个 EVM 翻译器，以 eWASM 合约的形式添加一个计量注入器，并发布清晰详细的规范：以太坊接口、eWASM 合约语义和 solc 编译器构建一个 eWASM 后端，并提供相应的C语言和Rust语言的指令和库，以支持智能合约的编写。

当然，像EOS这样的生态已经进入了Wasm的怀抱，像Tron、Cardano这样的公链也在走向Wasm的路上。

2. EVM 和 Wasm 如何同时支持 Polkadot 的转换？

Polkadot 原生支持 Wasm 技术，然后他们对以太坊非常熟悉，自然明白 EVM 还是有很多优势的。 例如，已经形成网络效应的EVM生态，拥有众多的开发者和应用。 这些都是宝贵的资源，必须妥善管理。 用它。

2020 年，Parity 开发了兼容以太坊 EVM 的 Substrate 模块和兼容层 Frontier，允许 EVM 智能合约与其他 Substrate 模块进行交互。 用户也可以直接在 Substrate 上部署 Solidity 智能合约，同时使用 Web3 RPC 工具（如 Metamask 和 Truffle）与链上应用进行交互。

因此波卡上的基于Substrate的链可以同时有两个模块，一个是EVM-Contracts模块（用来执行原来的Solidity/EVM代码），一个是Substrate-Contracts模块（用来执行Solidity/Wasm 或 Ink！Wasm 代码）。 两者是可互操作的，消息甚至可以发布到桥接的单独 Parity-Ethereum 链，或者如果作为平行链部署，它可以传播到更广泛的 Polkadot 社区，包括以太坊主网。

兼容和交互，Polkadot 可以顺利完成从 EVM 到 Wasm 的过渡和迭代。

3. Patract如何加速从EVM到Wasm的过渡

Parity 是 Polkadot 的主要开发团队之一。 他们的主要工作是在 Substrate 和 Polkadot 上，所以在智能合约方面的工作相对较少。 至于Wasm合约，虽然Polkadot选择了更好的Wasm技术，但是Wasm合约开发者和合约平台之间还有很大的差距。 因此，Patract Labs致力于成为连接合约开发者和合约平台的平台。 之间的桥梁。

Patract Labs() 是一家专注于 Polkadot Wasm 合约技术的实验室。 它目前得到 Polkadot 委员会和财政部的支持。 先后为开发者推出了数十款免费、先进的Wasm合约开发工具和服务，包括合约测试链、AS合约语言、合约开发脚手架、合约运行沙箱、Polkadot API服务、零知识证明支持、合约库、监控平台、SDK、IDE等

并结合Parity和社区平行链完善合约模型、合约语言和开发工具等，推动建立Wasm合约开放平台——Patract Open Platform()。 通过该平台，将汇集波卡生态中有意愿加入Wasm合约生态的优秀平行链或应用团队，共同展示其Wasm合约的具体实践和技术创新，并提供市场和技术支持。

Patract Open Platform的建立不仅仅是为了提供底层设施和技术支持，Patract Labs还将利用Wasm合约技术进一步探索Polkadot生态未来的无限可能。 例如，以太坊合约使用 EVM 虚拟机和 Solidity 语言，这使得无法以低成本开发复杂的合约。 如果执行频率高、复杂度高的合约，交易成本将大幅增加，执行效率低下。 很大的局限性。 对此，Patract开放平台将从合约模型、合约标准（类似ERC20业务标准）、Runtime接口定制三个方向进行探索。

为什么说波卡将是公链的常青树 1. 波卡独特的功能奠定了它的地位

Polkadot的作用决定了它不是与一般公链的竞争，而是对各个公链跨链交互更好的底层支持。 比如大家熟知的比特币、以太坊、BSC、Cosmos、Near等公链，都可以通过桥接或者平行链接入波卡。

而这些项目代表了不同时期以不同技术为代表的公链，验证了Polkadot是一个能够伴随区块链技术更替的长期基础设施。

如今，各种公链百家争鸣，Terra等一些基于Cosmos的应用链也大放异彩。 我们已经可以明确区块链的未来一定是多链的，所以未来的发展注定是“铁的波卡”，一条运行中的公链。

2. 波卡的天然优势

Polkadot的创新设计使其在底层技术的升级迭代方面获得了其他公链所不具备的特性。

众所周知，公链的升级必须通过硬分叉来实现，而波卡从设计之初就被定位为更底层的元协议，因此波卡升级不需要硬分叉。 这使得波卡迭代升级变得非常容易，也更有利于波卡自身的演进。

此外，波卡背后还有一项划时代的发明——一键发链的Substrate框架。 基于这个框架，可以快速构建区块链。 在这个框架中，你可以自己添加很多现成的功能模块。 在区块链中，就像组装一台电脑一样简单。 其中有支持EVM的模块，所以同理，如果有更新的技术需要迭代，Polkadot也可以把这样的技术集成到Substrate框架中，让自己的生态也能兼容新技术。

这是波卡能够始终保持最前沿技术的原因之一，也是我们说波卡将是常青树的原因之一。

3.波卡在迭代技术上会有经验

Polkadot兼容EVM，支持Wasm，Polkadot的很多生态项目也都有。 目前，Polkadot已经有了一套完整的EVM到Wasm切换的解决方案，这意味着Polkadot探索出了一条能够从老技术EVM成功迭代到新技术Wasm的路径。 那么，如果未来有比 Wasm 更先进的技术，Polkadot 可以重现从 EVM 到 Wasm 的范式转移，从而使 Wasm 转换为新技术。

用一个不准确但类似的比喻来形容这个过程，就好比我们有一部多卡多待的手机，我们可以同时插入一张支持3G的电话卡和一张支持4G的电话卡，我们的手机可以享受两张卡。 功能和相互兼容。 但是当一个新技术出现的时候，Polkadot 的迭代是非常容易的。 您可以在手机中插入一张支持5G新技术的电话卡。 我们可以在享受新技术的同时兼顾旧技术。 3G用的不多，4G、5G用的时间长，所以实现了平滑的技术变革。

如此强大的可扩展性，使得波卡具备了不断迭代演进的可能。 无需担心波卡技术落后，无需担心波卡升级难度。 这些都是波卡长青的原因。

后记

Polkadot虽然是常青树，技术迭代不用太过担心，但是Polkadot生态非常庞大，单靠Polkadot官方肯定是不够的。 因此，很多围绕波卡生态努力建设的组织，都在用自己的方式来加速波卡生态的发展。

例如，为了让波卡有更多的平行链项目，专门为开发者准备的基础节点环境是必不可少的。 Patract 推出了 Jupiter 平行链测试网，并于 8 月推出了一条平行链。 链间转账可以将Westend（波卡测试网）和Jupiter代币相互转换，更好的让开发者进行测试。

此外，Patract还开发了基于JavaScript的自动化测试环境Redspot开发脚手架。 Europa合约沙箱环境正式进入生产和可用阶段，并与Redspot同步进入长期维护。 Elara API服务官网已经开发完成，Elara v1.0支持平行链节点Statemine、Karura、MoonRiver、Bifrost。 开发者可以基于 Metis 合约标准库构建常规 DAPP。 问！ 合约语言已经可以在实验环境中使用，通过AssemblyScript编写复杂的合约，如ERC20和ERC721。

而为什么Patract和我们波卡生态研究院等机构愿意深耕波卡生态，也离不开波卡创始人Gavin对初衷的认同——未来一定是多链的。

而波卡的技术革新和稳步推进，也确实在逐步实现这一愿景。 Polkadot 确实值得我们寄托梦想。 因此，波卡虽然发展缓慢，但足够稳定，见证并陪伴着众多公链的兴衰。 我们不妨乘坐这辆观光巴士，看看区块链技术的进步。