摘要：所以，在設(shè)計(jì)時(shí)，要了解區(qū)塊鏈相關(guān)知識(shí)，這些是出于安全考慮。通過一個(gè)智能合約能夠管理所有模塊，這個(gè)是不變的，相當(dāng)于一個(gè)不變的點(diǎn)，用來鏈接各個(gè)模塊，保證穩(wěn)定，相當(dāng)于在區(qū)塊鏈上一直會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的地址長(zhǎng)期進(jìn)行服務(wù)。

智能合約的設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)有點(diǎn)不同。傳統(tǒng)應(yīng)用一般為了快速迭代是在產(chǎn)品之后考慮安全，但是 DApp 則需要在產(chǎn)品出來之前就考慮安全問題，它將會(huì)關(guān)系到賬戶資產(chǎn)、用戶數(shù)據(jù)等問題，而且對(duì) DApp 來講，升級(jí)是個(gè)比較麻煩的事情，因此在智能合約設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)是非常重要的部分。本文將為大家闡釋如何來設(shè)計(jì)這個(gè)結(jié)構(gòu)。

首先，是關(guān)于 DApp 和 App。事物發(fā)展將會(huì)遵循技術(shù)為王、產(chǎn)品為王、最后到運(yùn)營(yíng)為王三個(gè)發(fā)展階段。現(xiàn)在，區(qū)塊鏈和 DApp 正處于技術(shù)為王階段。整個(gè)市場(chǎng)上的 DApp，在性能和用戶友好性上，都不如 App。DApp 的優(yōu)勢(shì)顯而易見：去中心化，它是依附區(qū)塊鏈的應(yīng)用。但是我們認(rèn)為很多 DApp 的短板，其實(shí)是因?yàn)榈讓訁^(qū)塊鏈的限制。

其次，是關(guān)于安全。現(xiàn)在 DApp 爆發(fā)的安全漏洞很多，主要原因是區(qū)塊鏈仍處于發(fā)展早期。開發(fā) DApp 的基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)工具都很不成熟，但是黑客是很成熟的，在互聯(lián)網(wǎng)上久經(jīng)沙場(chǎng)，對(duì) DApp 世界影響很大。所以，在設(shè)計(jì) DApp 時(shí)，要了解區(qū)塊鏈相關(guān)知識(shí)，這些是出于安全考慮。

最后，是關(guān)于成本。在以太坊中就是 Gas，部署智能合約將消耗一定 Gas。這是因?yàn)?DApp 很消耗 Gas，特別是部署一個(gè)大型 DApp（包括后面的維護(hù)、升級(jí)）。Gas 是什么？是資金。那么，有沒有一種結(jié)構(gòu)能夠暫時(shí)忽略 Gas。這就分成兩種方向，一是思考節(jié)約 gas 到細(xì)微處，用一種怪異不太舒服的寫法來節(jié)約 Gas；第二種是走向宏觀，整個(gè)結(jié)構(gòu)是清晰明了的，但是可能會(huì)存在浪費(fèi) Gas 的行為。

第一，是優(yōu)美結(jié)構(gòu)。一個(gè)優(yōu)美的結(jié)構(gòu)會(huì)帶來 Gas 的節(jié)約，這是我一直相信的。那整個(gè)結(jié)構(gòu)是包含哪些方面呢？最宏觀的說指分層。這里分層和一般的 app 分層是相通的，比如應(yīng)用層、邏輯層、數(shù)據(jù)層。

第二，是友好。因?yàn)楝F(xiàn)在一個(gè)大型的 DApp，如果有很好的模塊化，可能會(huì)有十幾個(gè)智能合約，他們中間可能還有依賴。那就要求你在部署時(shí)，需要格外小心。（友好就是說能夠一鍵部署。 ）

第三，是支持升級(jí)。這個(gè)是在 App 上很常見的，因?yàn)槲覀冊(cè)陂_發(fā)一個(gè) App 時(shí)，必須要進(jìn)行版本迭代，新功能的增加，Bug fix...這個(gè)就是升級(jí)。而我們知道 DApp 在區(qū)塊鏈上，由于區(qū)塊鏈的不可篡改性，部署的合約就在那里了。這里面涉及升級(jí)的問題就比較復(fù)雜。簡(jiǎn)而言之，我們這個(gè)結(jié)構(gòu)采取了支持升級(jí)的方式，升級(jí)比較簡(jiǎn)單的部分是算法部分，算法部分是純粹的邏輯，替換可以做到無感知，只需要修改邏輯合約的地址即可。比較麻煩的是對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)涉及到實(shí)際數(shù)據(jù)，如果輕易改動(dòng)就要兼容以前的數(shù)據(jù)(這種需求很常見)。數(shù)據(jù)遷移是一個(gè)比較麻煩的事情，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之初盡量確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，避免頻繁的變動(dòng)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)確定之后，包括 CURD 以及一些 Check 的接口其實(shí)也可以確定。這些可以作為一個(gè)最小的數(shù)據(jù)合約單元。

第四，是訪問控制。要對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，這是出于安全性的考慮。

第五，是模塊化。一方面，是出于安全考慮，所有東西在一個(gè)合約里會(huì)增加合約的復(fù)雜性，會(huì)對(duì)安全造成隱患。畢竟復(fù)雜是安全的天敵，越簡(jiǎn)單越安全，這是軟件開發(fā)中的常識(shí)。所以我們要保證合約的簡(jiǎn)潔，一眼看過去就知道這個(gè)合約是干什么。另一方面，是保證函數(shù)的簡(jiǎn)單。一樣的道理，函數(shù)簡(jiǎn)單意味著組成的合約也是簡(jiǎn)單的。

整個(gè)分層就是應(yīng)用層、邏輯層和數(shù)據(jù)層，這個(gè)結(jié)構(gòu)里面的三層，整個(gè) DApp 是偏向后端的，這里三層是智能合約里面的三層。

根據(jù)之前 hackathon 上做的項(xiàng)目，叫做 summerWar(區(qū)塊鏈沙盒游戲)，這個(gè)項(xiàng)目里的結(jié)構(gòu)基本上遵循這種設(shè)計(jì)。

summer War GitHub 倉庫地址：
https://github.com/CryptapeHa...

an Arch : layer
這個(gè)是我們整個(gè)游戲的結(jié)構(gòu)圖，最左邊的是 off-chain，是關(guān)于鏈下用戶操作。register 是應(yīng)用層、Permission 是訪問控制、后面是邏輯層和數(shù)據(jù)層，后面是數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)和調(diào)用的圖 。

分層：register 是應(yīng)用層，operator 是單純邏輯 ，和數(shù)據(jù)沒有關(guān)系。后面是數(shù)據(jù)層，整個(gè)數(shù)據(jù)多帶帶和邏輯拆分。

權(quán)限剛才已經(jīng)闡述了。在整個(gè)結(jié)構(gòu)流轉(zhuǎn)中，如果 operator 是操作層的話，用戶需要先訪問操作層合約，然后由操作層訪問底層數(shù)據(jù)合約。這里限制訪問控制，一是指控制各個(gè)層之間的調(diào)用關(guān)系，比如數(shù)據(jù)類合約嚴(yán)格控制只能讓操作類合約來控制，不可能是隨便的合約就能訪問的。這里數(shù)據(jù)不僅是指數(shù)據(jù)，還包括數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單存取接口，相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫的概念，包含存儲(chǔ)和查詢。 二是可以控制具體用戶的操作。

An arch: auth
auth 模塊實(shí)現(xiàn)了上述說的兩種訪問控制，在結(jié)構(gòu)上是散布在各個(gè)層級(jí)之間及整個(gè)結(jié)構(gòu)與外部用戶之間。

對(duì)用戶進(jìn)行訪問控制是指：假設(shè)有 id，就會(huì)先檢查哪些地址可以操作，這里 id 是指整個(gè) DApp 的身份，和區(qū)塊鏈身份不影響，因?yàn)閰^(qū)塊鏈由于去中心化原因是沒有身份的。但是開發(fā)的 DApp 里面可以定義一個(gè)用戶名，這個(gè)在 DApp 里是可行的，和區(qū)塊鏈沒有關(guān)系。所以這里可以對(duì)這個(gè)地址進(jìn)行檢查，允許哪些地址進(jìn)行操作。至于層之間的訪問控制，和用戶訪問控制類似，用戶 id 是Dapp 通行的身份，各層合約可以在 register 查詢到也可以把這些合約地址作為整個(gè)結(jié)構(gòu)中通行的身份。

具體在底層實(shí)現(xiàn)要用到兩種特性，modifier 和 函數(shù)的可見性。通過這兩種特性結(jié)合能夠達(dá)到以上效果：某個(gè)合約只能某些合約調(diào)用，某些合約只能由某些 sender 調(diào)用，這樣的控制。

modifier：
https://solidity.readthedocs....
函數(shù)的可見性：
https://solidity.readthedocs....

整個(gè)下來，代碼的組織結(jié)構(gòu)可能就如下圖所示：

App: register
整個(gè)結(jié)構(gòu)的分層，我們先從上往下我們開始講。首先是 App 層的 register。regitser 是什么角色？他是注冊(cè)中心，是一個(gè) hub，我們期望它能夠保存所有 DApp 智能合約的相關(guān)信息（地址等），這也是一個(gè)用戶接入的入口。在這里，除 operator 后續(xù)升級(jí)和注冊(cè)外，它相當(dāng)于一個(gè)交互樞紐，可以進(jìn)行部署、初始化、注冊(cè)和升級(jí)。這里能夠?qū)崿F(xiàn)在 regiter 部署之后，整個(gè) DApp 的智能合約部分也就部署上去了。我們看一下 register 在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的位置，是在 off-chain 與 后面操作、數(shù)據(jù)層之間。

為什么要這樣做呢？不能直接邏輯層+數(shù)據(jù)層？這樣一個(gè)中心化的東西會(huì)不會(huì)影響整個(gè) DApp 的去中心化？

DApp 去中心化屬性是依靠后面區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)的，有一個(gè)中心化的東西并不影響。它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單。通過一個(gè)智能合約能夠管理所有模塊，這個(gè) register 是不變的，相當(dāng)于一個(gè)不變的點(diǎn)，用來鏈接各個(gè)模塊，保證穩(wěn)定，相當(dāng)于 DApp 在區(qū)塊鏈上一直會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的地址長(zhǎng)期進(jìn)行服務(wù)。如果，需要支持升級(jí)那么很多模塊都可改變。然而，如果所有東西可以改變，則會(huì)變得很難維護(hù)，所以使用 register，能夠隨時(shí)通過這個(gè)東西進(jìn)行查詢和操作。還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠節(jié)約 Gas。只部署 register，然后就完成了整個(gè) DApp 的部署。是怎么實(shí)現(xiàn)的？這里合約可以用 new 來生成其他智能合約。new 并不節(jié)約 Gas，節(jié)約的是交易相關(guān)的消耗。

第一類接口：初始化
也就是 Solidity 里面的 constructor，合約的構(gòu)造函數(shù)。它的功能是在部署智能合約時(shí)，一次性執(zhí)行然后銷毀。所以初始化時(shí)，要存入什么？剛說 register 是一個(gè)穩(wěn)定的東西，那就能把整個(gè)結(jié)構(gòu)中，一些相對(duì)穩(wěn)定的東西放在這里初始化。比如多個(gè)用戶的操作層合約是固定的，而數(shù)據(jù)層的合約隨著用戶的注冊(cè)注銷而變化，那么就可以把操作層合約在這里初始化，隨著 register 的部署由其進(jìn)行創(chuàng)建。

第二類接口：注冊(cè)
注冊(cè)是 web 調(diào)用，由外部用戶來使用的。在初始完之后，相當(dāng)于整個(gè) DApp 上線了，在用戶使用時(shí)，可能就有些功能上的注冊(cè)操作。比如 identity，用戶需要注冊(cè)一個(gè)用戶名之類。在 register 部署之后，你能夠完成初始化的其他操作，類比我們現(xiàn)在的應(yīng)用運(yùn)行之后提供的功能。

第三類接口：查詢
這類接口的使用者分為兩類：
外部用戶可以查詢一些 register 保存的各種模塊信息。
當(dāng)一個(gè)合約與其他模塊通信時(shí)，它只知道 register 地址，而更多模塊合約地址可能是通過 register 來生成的隨機(jī)地址，這個(gè)時(shí)候就可以通過 register 獲得其他模塊的地址進(jìn)行之間的交互。

接著往下看是操作層的合約。這里可以做一些模塊化的東西，支持升級(jí)也是在這里做的，是因?yàn)楹?jiǎn)單。我們通常講的支持升級(jí)包括兩個(gè)方面，一個(gè)是函數(shù)或者接口的升級(jí)。另外一個(gè)是數(shù)據(jù)的升級(jí)或者說遷移。接口的升級(jí)比較容易，在區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)升級(jí)比較困難，因?yàn)閿?shù)據(jù)復(fù)制的操作很貴。存數(shù)據(jù)一字大概 2w gas。我們這里優(yōu)先考慮 operator 的升級(jí)。

升級(jí)有兩種方式，對(duì)應(yīng) evm 的智能合約里面進(jìn)行交互兩種指令，分別有兩種升級(jí)方式

一個(gè)是 call，是消息調(diào)用的一種。調(diào)用 call 時(shí)，相當(dāng)于把主動(dòng)權(quán)交給另一個(gè)合約了，這個(gè)合約在一個(gè)新的 evm 執(zhí)行之后返回一個(gè)結(jié)果給我。利用這個(gè)指令可以完成一個(gè)支持升級(jí)的方式，就是在 register 做一個(gè)類似 router 的東西，記錄每一個(gè)操作類合約的版本號(hào)，然后用戶就在訪問操作類合約的時(shí)候選擇版本進(jìn)行下一次的調(diào)用，或者 register 幫你轉(zhuǎn)。
第二個(gè)是用 delegate call，相對(duì)于 call，用 delegate 時(shí)主動(dòng)權(quán)并沒有交出去，整個(gè)智能合約代碼還是在我現(xiàn)在的執(zhí)行環(huán)境中執(zhí)行，這是智能合約庫使用的基本指令，很多庫的實(shí)現(xiàn)都是基于 delegate call 的方式來做的。支持升級(jí)就是用一個(gè)代理類的合約，用戶調(diào)用時(shí)幫你進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這里會(huì)有一個(gè)副作用，必須把操作的數(shù)據(jù)留在 proxy 里面，這是 delegate 的屬性。因?yàn)檫@個(gè)屬性就需要支持升級(jí)的合約。有兩個(gè)要求，一個(gè)是純邏輯的，沒有對(duì)狀態(tài)的改變，第二個(gè)是沒有在對(duì)數(shù)據(jù)留存在外面的要求，沒有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分開的要求，所有版本的數(shù)據(jù)在 proxy 保存 。

我更推薦前者。后者把數(shù)據(jù)都存在 proxy 里面，前者是把數(shù)據(jù)也分開了，更模塊化。我個(gè)人覺得是比較清晰的用法，這里用的也是這個(gè)。

DATA: data
關(guān)于數(shù)據(jù)，這方面的升級(jí)其實(shí)比較麻煩，會(huì)有一些問題。所以我們?cè)O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)盡量穩(wěn)定一點(diǎn)，變動(dòng)小一些，提前預(yù)留好以后要用的字段，避免以后的升級(jí)。要升級(jí)的話也有兩種方法
一種方法是類似于插件的東西，舊的比如是 map 結(jié)構(gòu)，是地址結(jié)構(gòu)體，后面要多加一個(gè)字段。那么涉及舊數(shù)據(jù)怎么辦？我可以定義一個(gè)插件類的合約，定義一個(gè)多余字段加一個(gè)指針指回原來的地方，相當(dāng)于數(shù)據(jù)分開存。，但是保存一個(gè)指針指向舊數(shù)據(jù)并且能夠找到他，能夠做一些操作，這樣的好處是不會(huì)變動(dòng)數(shù)據(jù)，但是會(huì)增加操作的邏輯，比較復(fù)雜，而且不是所有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都能做的。
第二個(gè)是遷移，如果很有錢的話，可以直接拷貝過來，如果不在乎錢這是最簡(jiǎn)單的方式。

整個(gè)結(jié)構(gòu)大概是這樣。

對(duì)于升級(jí)的一點(diǎn)建議：升級(jí)時(shí) copy 數(shù)據(jù)很貴，所以我們盡量避免這樣的消耗，前期 gas 消耗也是注意的一個(gè)點(diǎn)。第二個(gè)是使用庫來封裝這些邏輯，就是說模塊化。盡可能邏輯都能成庫，可以找比較好的庫來用。就是說很多模塊交互需要用接口，讓合約不依賴模塊本身實(shí)現(xiàn)而依賴接口，這樣保持接口不變的前提下就能升級(jí)合約。