建構可信賴的智慧合約

Centrala begrepp

本文介紹了一個名為 Asp 的系統，旨在簡化可證明安全智慧合約的建構，並透過抽象化、防禦性編譯和演繹證明來解決現有智慧合約語言的缺點。

Sammanfattning

Asp 系統：建構可信賴的智慧合約

這篇研究論文介紹了 Asp 系統，這是一個旨在簡化可證明安全智慧合約建構的系統。作者認為，現有的智慧合約語言，如 Solidity 和 Rust，由於其複雜的語言結構和對重入性推理的需求，難以進行正式驗證。為了解決這些問題，Asp 結合了狀態機和演繹證明等眾所周知的概念，並強調抽象化和防禦性編譯。

Asp 語言提供抽象概念，簡化了驗證過程。它將 Web3 中常用的抽象概念（如貨幣、代幣、計時器和地址）作為抽象類型提供。這些抽象概念簡化了程式設計和分析，因為抽象操作的數量很少，並且具有精確的語義。此外，Asp 語言的語義天生就禁止算術溢位、越界訪問和重入性，從而消除了程式設計師對這些常見漏洞的擔憂。
Asp 合約具有有限狀態機骨架，並透過對抽象資料類型定義的狀態變數的操作來增強。這種結構自然地模擬了現實世界中的合約執行。例如，考慮透過郵件寄送包裹——這是寄件人和郵局之間的合約。該合約會經歷準備、付款、運輸和交付等階段；這些階段自然地由有限狀態機建模。在 Solidity 等傳統語言中，這種結構必須隱式地編碼和執行，從而使其變得模糊並使分析變得複雜。

Asp 編譯器將合約轉換為 Solidity，這是最流行的合約語言。編譯過程保留了 Asp 語義，實現了高階抽象概念，並支援訊息傳輸的通訊視圖。編譯器添加了輔助防禦性程式碼，以強制執行語言語義，並動態檢查難以靜態證明的屬性。

Viktiga insikter från

Constructing Trustworthy Smart Contracts

by Devora Chait... på arxiv.org 11-25-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.14563.pdf

Djupare frågor

Asp 系統如何適應未來智慧合約和區塊鏈技術的發展？

Asp 系統展現出高度的適應性，能夠隨著未來智慧合約和區塊鏈技術的發展不斷演進，以下列舉幾點：

新興區塊鏈平台的支援: Asp 可以透過開發新的後端編譯器來支援新興的區塊鏈平台。其核心語言和驗證邏輯保持不變，只需針對目標平台的特性調整編譯方式，例如將 Asp 語言編譯成目標平台的智慧合約語言（如 Solidity、Ink!、Rust）。

新型態抽象化: 隨著區塊鏈技術的發展，新的應用場景和功能需求會不斷湧現。Asp 可以透過引入新的抽象資料類型來滿足這些需求，例如去中心化預言機 (Decentralized Oracles)、跨鏈橋接 (Cross-chain Bridges) 等。這些新的抽象類型將遵循 Asp 的設計理念，提供簡潔的語義和易於驗證的特性。

更強大的驗證能力: Asp 可以持續整合更先進的驗證技術，例如符號執行 (Symbolic Execution)、自動定理證明 (Automated Theorem Proving) 等，以增強其對複雜合約和安全屬性的驗證能力。此外，Asp 還可以整合形式化驗證工具，例如 Coq、Isabelle 等，為使用者提供更強大的安全保障。

社群驅動的發展: Asp 是一個開源專案，可以受益於社群的貢獻和回饋。隨著社群的壯大，Asp 的功能和效能將不斷提升，並能夠更好地適應未來智慧合約和區塊鏈技術的發展趨勢。

總而言之，Asp 的設計理念強調抽象化、模組化和可擴展性，這使得它能夠靈活地適應未來智慧合約和區塊鏈技術的發展。

如果 Asp 編譯器本身存在漏洞，會對 Asp 合約的安全性產生什麼影響？

儘管 Asp 語言本身設計用於提升安全性，但 Asp 編譯器作為一個軟體程式，仍有可能存在漏洞。如果 Asp 編譯器存在漏洞，將可能對 Asp 合約的安全性造成以下影響：

語義不匹配: 編譯器漏洞可能導致編譯後的 Solidity 程式碼無法準確反映 Asp 程式碼的語義。這可能導致合約在執行時出現與預期不符的行為，從而產生安全漏洞。

繞過安全檢查: Asp 編譯器負責插入執行時期的安全檢查程式碼，例如防止算術溢位和重入攻擊。如果編譯器存在漏洞，攻擊者可能可以利用這些漏洞繞過安全檢查，從而攻擊合約。

引入新的漏洞: 編譯器漏洞本身可能引入新的安全漏洞，例如記憶體安全問題，從而使攻擊者有機可乘。

為了減輕 Asp 編譯器漏洞帶來的風險，可以採取以下措施：

嚴格測試: 對 Asp 編譯器進行嚴格的測試，包括單元測試、整合測試和模糊測試，以盡可能發現並修復漏洞。

形式化驗證: 使用形式化驗證技術驗證 Asp 編譯器的正確性，確保其能夠準確地將 Asp 程式碼轉換為 Solidity 程式碼。

開源和社群審查: 將 Asp 編譯器開源，並鼓勵社群參與審查，可以幫助發現並修復潛在的漏洞。

多層防禦: 即使 Asp 編譯器存在漏洞，也可以透過其他安全措施來減輕風險，例如使用安全審計服務、部署監控工具等。

總之，Asp 編譯器作為 Asp 系統中重要的一環，其安全性至關重要。透過採取嚴格的軟體工程實踐和安全措施，可以降低編譯器漏洞帶來的風險，提升 Asp 合約的整體安全性。

我們能否設想一個未來，在這個未來，像 Asp 這樣的形式驗證系統成為所有智慧合約開發的標準實踐，從而創造一個更加安全和值得信賴的去中心化網路？

設想一個未來，形式驗證系統成為所有智慧合約開發的標準實踐並非遙不可及。以下因素將推動這個趨勢：

安全性需求提升: 隨著區塊鏈技術的普及和應用規模的擴大，智慧合約的安全漏洞將造成更嚴重的損失。這將促使開發者更加重視安全性，並積極採用形式驗證等技術來確保合約的安全性。

工具和技術的成熟: 像 Asp 這樣的形式驗證系統將不斷發展成熟，提供更友好的使用者介面、更強大的驗證能力和更廣泛的平台支援。這將降低形式驗證的門檻，使其更容易被開發者接受和使用。

標準化和規範化: 隨著形式驗證技術的普及，相關的標準和規範將逐漸建立起來，例如驗證流程、安全屬性定義、驗證報告格式等。這將促進形式驗證技術的規範化應用，提高驗證結果的可信度。

社群推動: 區塊鏈社群將更加重視安全性和程式碼品質，鼓勵開發者使用形式驗證技術，並將其作為評估專案的重要指標。

然而，要實現這個目標，仍然需要克服一些挑戰：

技術複雜性: 形式驗證技術本身具有一定的複雜性，需要開發者具備一定的數學和邏輯思維能力。

開發成本: 使用形式驗證技術會增加開發成本，例如學習成本、驗證時間等。

工具的局限性: 現有的形式驗證工具仍然存在一些局限性，例如無法完全自動化驗證、對某些複雜合約的驗證效率較低等。

總之，形式驗證系統成為所有智慧合約開發的標準實踐是一個值得期待的目標。隨著技術的進步、社群的推動和人們安全意識的提高，這個目標將逐步成為現實，為我們創造一個更加安全和值得信賴的去中心化網路。