FISCO BCOS 2.0原理解析：预编译合约架构设计

FISCO BCOS 2.0提出了一套预编译合约框架，允许用户使用C++来写智能合约。由于不进入EVM执行，预编译合约可以获得更高的性能，适用于合约逻辑简单但调用频繁，或者合约逻辑固定而计算量大的场景。

本文介绍预编译合约的起源和实现，主要包括以下几个方面：

Solidity合约的使用与不足

在FISCO BCOS平台中使用Solidity合约，一般需经过以下五个步骤。在开发完Solidity合约之后，必须要将编译后的合约部署到底层平台，根据平台返回的地址才能够调用合约的接口。

Solidity合约的优点是完全与以太坊兼容，开发资源丰富且比较通用，但是Solidity合约也存在虚拟机执行性能低、代价高和开发复杂的问题。尤其是对于联盟链治理的场景，一些参数需要链上所有节点保持一致，非常适合使用合约管理，但如果使用Solidity实现，会导部署步骤非！常！复！杂！

FISCO-BCOS 1.3版本使用Solidity实现了一套系统合约，使用一个代理合约管理其他系统合约。其部署过程如下图所示：

部署完系统合约后，需要将系统合约地址配置在代理合约中，然后将代理合约地址配置在节点配置文件并重启，才能调用这一套系统治理的合约，并且之后的节点扩容也需要基于创世节点的配置操作，才能保持一致。

FISCO BCOS 2.0 新增预编译合约

FISCO BCOS 2.0受以太坊内置合约启发，实现了一套预编译合约框架。未来，我们还会尝试将现有的典型业务场景抽象，开发成预编译合约模板，作为底层提供的基础能力，帮助用户更快的更方便的在业务中使用FISCO BCOS。

预编译合约的好处

可访问分布式存储接口：基于这套框架，用户可以访问本地DB存储状态，实现自己需要的任何逻辑。

更好的性能表现：由于实现是C++代码，会编译在底层中，不需要进入EVM执行，可以有更好的性能。

无需学习Solidity语言即可上手：基于FISCO BCOS预编译合约框架，开发者可以使用C++开发自己的预编译合约，快速实现需要的业务逻辑，而不需要学习Solidity语言。

并行模型大幅提升处理能力：我们在2.0版本中基于预编译合约和DAG实现了合约的并行执行，用户只需要指定接口冲突域，底层会自动根据冲突域构建交易依赖关系图，根据依赖关系尽可能并行执行交易，从而使得交易处理能力大幅提升。

预编译合约与以太坊内置合约的对比

上述说到，FISCO BCOS 预编译合约受以太坊内置合约启发，但实现原理却是大不相同的。

以太坊通过内置合约来避免EVM中复杂计算的代价，以太坊当前使用内置合约实现了8个函数（如下表所示）。可以看到，以太坊内置合约占用了0x1-0x8这8个地址，每个内置合约实际上就是一个本地函数的调用，只能用于状态无关的计算使用。

用户在Solidity中使用内置合约，需要借助call这个操作，依次输入下列参数

包括内置合约地址、输入参数偏移、输入参数大小、输出参数偏移和输出参数大小，对用户而言，这不是一件简单的事情。

而FISCO BCOS的预编译合约框架，支持复杂的参数类型，支持通过AMDB读取和存储数据。每个预编译合约地址固定，合约内可以实现多个接口，所实现接口的调用方式与原生Solidity完全相同。

下图是比较直观的对比：

注：√ 代表支持，× 代表不支持

FISCO BCOS预编译合约架构

通过这一小节，你可以清楚了解预编译合约模块在FISCO BCOS中的位置，以及预编译合约的执行流程。

如下图所示，预编译合约会被区块执行引擎所调用，区块验证器通过区块执行引擎来执行区块，执行引擎执行区块时，会根据被调用合约的地址，来判断使用EVM还是预编译合约引擎。

当被调用的合约地址是EVM合约时，执行引擎会创建并执行EVM来执行交易；当被调用合约地址是已注册的预编译合约地址时，执行引擎通过调用地址对应的预编译合约接口来执行交易。

预编译合约执行流程如下图所示：

执行引擎首先根据预编译合约地址拿到合约对象，然后通过调用合约对象的call接口来获取执行结果。call接口中的操作主要包括：

所以，开发者如果要开发预编译合约，只需要实现其预编译合约的call接口和在执行引擎中注册所实现合约的地址即可。

预编译合约在FISCO BCOS 2.0中的应用

FISCO BCOS 2.0 基于预编译合约实现了一套系统合约，使用系统合约来管理需要共识的链配置，包括对群组内节点的加入、删除、节点身份的转换、CNS服务的管理、链权限的管理、CRUD合约的使用等。

FISCO BCOS当前系统合约及地址如下表：

FISCO BCOS 2.0基于预编译合约实现了AMDB存储对应的预编译合约，使得用户能够在Solidity中访问AMDB存储，也就是FISCO BCOS 2.0的CRUD合约写法。通过这种方式，用户可以将合约数据存储在底层的AMDB存储中，使得合约逻辑与数据分离，一方面提高合约处理性能，一方面使得升级合约逻辑更加方便。

#下篇预告#

基于预编译合约实现的系统合约帮助FISCO BCOS 2.0实现联盟链的治理，大幅度简化部署步骤，让用户能更快更简单的使用FISCO BCOS。而同样基于预编译合约的CRUD合约写法，使得数据和逻辑可分离，方便用户升级合约逻辑。

我们将在下一篇推送中，为大家介绍预编译合约的开发以及预编译合约框架的具体接口等细节，敬请持续关注。

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