APP
合约整洁之道-智能合约模式和实践指南
2020-10-15 93748 0

区块链和智能合约[3]的开发仍是相对较新的且高度试验性的。他们需要与传统网络或应用开发不同的工程思维方式,传统网络或应用开发已成为“快速行动并打破常规”的准则。



区块链开发更像是硬件或金融服务开发。智能合约是复杂的工具,可以提供具有透明,防篡改和不可变信息的自我执行合约。他们有权在复杂系统之间分配高价值资源。合约往往自主工作,面临巨大的财务损失风险,使得智能合约成为这些系统中的关键组件。开发此类组件需要更多的投入,设计和前期工作。扎实的工程实践,严格的测试和强大的安全意识。



在一系列博客文章中,我计划介绍几种可应用于区块链和智能合约开发的模式,实践和原则,以降低与之相关的风险。



代码整洁之道

在第一篇文章中,我将介绍更多基于 Clean Code 概念的通用工程实践。整洁代码是软件开发行业中众所周知的概念。罗伯特·C·马丁(Robert C Martin),也称为“鲍勃叔叔”(Uncle Bob),写下了著名的手册[4]。它的原理甚至可以追溯到敏捷宣言和软件工艺的早期概念。这是我们思考,编写和阅读代码的方式的知识库。以数十年的软件开发智慧为基础。

“Truth can only be found in one place: the code”(真理只能在代码中发现)- Robert C. Martin

整洁的代码是易于阅读的代码,容易理解,并且易于维护。简洁的代码是一种尝试,以了解我们正在处理的系统的复杂。它是一种防御机制,当你不确定某个更改将如何影响代码库时,它可以提供指导。尽管手册存在有效的批评,并且示例被认为已过时,但这些原则仍然非常相关。特别是对于面向对象的语言,例如 Solidity。它们适用于设计和编写安全,开源和不变的代码,如智能合约。

实践

命名

合约、函数或变量的命名应该揭示其意图、存在原因以及如何使用。如果一个名字需要注释来解释,那么它不会透露它的意图。

代码的命名要一致。特别是当你使用一个大型的代码库时。在多个合约中,对抽象概念使用相同的名称。

使用可读得出的名字。

使用可搜索的名称。

“There are only two hard things in Computer Science: cache invalidation and naming things.”(计算科学中最难的两件事是缓存失效和命名) - Phil Karlton

References

· 代码示例[5]
· Solidity 风格指南[6]

结构 & 顺序

顺序帮助读者确定可以调用哪些函数,更容易找到构造函数和回退定义。

结构顺序

按以下顺序排列合约元素

1.Pragma 语句
2.Import 语句
3.Interfaces
4.Libraries
5.Contracts

在每个合约、库或接口中,使用以下顺序

1.类型声明
2.状态变量
3.Events
4.Functions

函数排序

函数应该根据其可见性和顺序进行分组

1.constructor
2.receive 函数 (如果存在)
3.fallback 函数 (如果存在)
4.external
5.public
6.internal
7.private

明确标记函数和状态变量的可见性。可以将函数制定为 external, public, internal, 或 private. 请了解它们之间的区别。

修饰符的排序

函数的修饰符顺序应为:

1. Visibility
2. Mutability
3. Virtual
4. Override
5. Custom modifiers

References

· 代码示例[7]
· Solidity 风格指南[8]

文档 & Natspec

Solidity 合约可以采用注释的形式,为阅读代码的其他人以及最终用户提供丰富的文档。这称为以太坊自然语言规范格式,或 NatSpec[9].

本文档分为面向开发人员的消息和面向最终用户的消息。这些消息可以在与合约交互时显示给最终用户(人)(即签名一个交易)。

建议对所有公共接口(ABI 中的所有内容)使用 NatSpec 对 Solidty 合约进行完全注释。

References

· 代码示例[10]
· NatSpec[11]

格式

阅读代码应该像阅读这个博客、一篇文章或一本书一样。它应该被很好地格式化。Solidity 风格指南为编写 Solidity 代码提供了指导。它的目标不是正确的或唯一的方法,而是要保持一致。

可以通过使用 lint 来实现一致性。这不仅提供格式和样式指南验证,还包括安全验证。

Solidity 可用的 lint

· Ethlint[12] (原名 Solium)
· Solhint[13]
· VS Code Solidity[14]

为您的 dapp 开发使用常规的 lint(例如 eslint,具体取决于您的语言)。

References

· 代码示例[15]
· Solidity 风格指南[16]

合约 & 数据结构

· 合约公开了行为并隐藏了数据 (抽象地说。实际上并未向其他人隐藏数据。实际上,区块链上没有数据被隐藏,请参见章节-合约)。这使得在不更改现有行为的情况下添加新的对象变得容易。这也使得很难向现有对象添加新行为。
· 数据结构公开数据,没有显著的行为。这使得向现有数据结构添加新行为变得容易,但向现有函数添加新数据结构却变得困难。

由于合约的不可变性,明确区分两者是很重要的。如果希望添加逻辑或部署新合约,则希望能够利用现有的数据结构。将两者分离可以通过存储合约实现。我们将在另一篇博客文章中更详细地介绍这些。

系统

保持简单直白(Keep it Simple Stupid ,KISS)。复杂性增加了出现错误和意外行为的可能性。合约应该只有一个责任,只有一个变更的理由,支持单一责任原则(Single Responsibility Principle)。它是 OO 设计中最重要的概念之一。

保持你的合约规模小。智能合约中的每一行代码执行起来都要花钱,存储数据也很昂贵。最佳实践是在智能合约中存储数据指针,而不是存储数据本身。例如,可以使用去中心化的数据存储提供商(如 IPFS)存储数据。

将您的合约模块化,使其保持较小的规模,并利用现有的标准和库(参见章节“标准&库”)。

功能同样如此。函数应该只做一件事。他们应该做好。他们只能这样做。

在区块链上,一切都是公开的。智能合约中的私有数据和变量实际上不是私有的。“Private”是指在合约的执行范围内,但数据是公开的,任何人都可以读取。设计程序时请记住这一点。

仅将区块链和智能合约用于需要去中心化的部分。

“The first rule of functions is that they should be small. The second rule of functions is that they should be smaller than that.”(函数的第一个规则是它们应该很小。函数的第二个规则是它们应该比小更小) - Robert C. Martin

标准 & 库

智能合约的一个固有特征是它的可组合性。将每份合约变成其他人可以利用的组成部分和潜在的构建基块。这些构件很多,已经存在,并且标准确保了易于使用和开发。最著名的标准是为新兴通证生态系统(token ecosystem)及其服务的交易所创建的:ERC20 标准。

在开始编写自己的、自定义的智能合约之前,明智的做法是检查是否存在任何标准或开源组件。如果存在这样的标准合约,并且经过适当的测试和审计,它们可以将您的程序中的风险降到最低。

· 以太坊改进建议(Ethereum Improvement Proposals,EIPs)描述了以太坊平台的标准,包括合约标准 describe standards for the Ethereum platform, including contract standards. 最终的 ERC[17]
· OpenZeppelin Contracts[18]

错误处理

异常是现代软件工程的关键部分。它们需要特殊处理,并且功能非常强大。与其对抗,我们应该尝试利用它们,因为未处理的异常可能会导致意外行为。

当在 Solidity 代码中引发异常时,所有状态更改都将回滚并停止进一步执行。幸运的是,Solidity 内置了异常处理功能(自 0.6 版本开始)。这仅适用于外部调用(external calls)。

为异常提供足够的上下文,以确定错误的来源和原因。尝试编写引发这些异常的测试。

尝试编写抛出这些异常的测试。

不要返回 null。不要将 null 传递给函数。

保护检查(Guard Checks)可以帮助确保智能合约的行为及其输入参数符合预期。

正确使用 assert(), require(), revert() . assert 应该用于测试内部错误,并检查常量。require 应该用于测试输入,合约状态变量或来自外部合约的返回值是否有效。

如果交易没有足够的 gas 来执行,则不会捕获 gas 溢出错误。

Testing

整洁代码的相同规则也适用于测试。整洁的测试是易于阅读的测试,容易理解,并且易于维护,测试可以帮助您保持代码的灵活性,可维护性和可重用性。它们可以验证行为,降低进行意外更改的风险,并节省调试和编写代码的时间。

F.I.R.S.T

· Fast — 测试速度应该足够快,以便经常运行它们。它应该有助于加速您的开发过程,而不是阻碍它
· Independent — 测试应该相互独立并且可以按任何顺序运行
· Repeatable — 测试应该在任何环境中都是可重复的
· Self-validating — 如果测试通过,则应该有一个清晰的(布尔)输出
· Timely — 测试需要及时编写。就在生产代码之前。

AAA

AAA (Arrange-Act-Assert) 模式是软件测试中最常见的标准之一。它建议将测试划分为相应的部分:arrange、act 和 assert。它们中的每一个都负责它们被命名的部分。

· Arrange -设置测试所需的代码
· Act - 被测试方法的调用
· Assert - 检查是否达到预期

每个测试只使用一个断言。

测试分离

· 单元测试 确定一个源代码单元是否适合使用。这通常是一个单独的函数,使用不同的参数进行测试,以确保它返回预期值。
· 集成测试 确定独立开发的软件单元在连接时是否正常工作。对于智能合约,这意味着单个合约的不同组件之间或多个合约之间的交互。

测试覆盖率

编写好的测试来确保你的应用程序按预期工作是不够的。如果你没有测量任何东西,很难说到底有多少代码正在被测试。测试覆盖率(或代码覆盖率)是查找代码库中未测试部分的有用工具。

关于覆盖多少有很多争论。就你最好的判断,但要尽可能高。未经测试的代码可能会执行任何操作并导致意外行为。

测试工具

· Buidler[19] - 一个面向以太坊智能合约开发人员的任务运行器,允许您部署合约、运行测试和调试代码
· OpenZeppelin Test environment[20] - 是一个智能合约测试库:它提供帮助您编写测试的实用程序,但它不会为您运行测试。与 Mocha 一起工作
· Brownie[21] - 针对以太坊虚拟机的智能合约基于 Python 的开发和测试框架
· Truffle[22] - 使用以太坊虚拟机(EVM)的区块链开发环境、测试框架和资产管道
· Ganache[23] - 用于以太坊开发的个人区块链,可用于部署合同、开发应用程序和运行测试
· Solidity-coverage[24] (原名 Solcover) - Solidity 智能合约的代码覆盖率

安全 & 代码分析

静态代码分析是对没有实际执行程序的软件进行的分析。在大多数情况下,分析是在源代码的某个版本上执行的。分析通常由自动化工具(如 Sonarqube)执行。

智能合约分析工具有助于识别智能合约漏洞。这些工具运行一套漏洞检测器,打印出发现的任何问题汇总。

分析工具

· Echidna[25] - 以太坊智能合约模糊器
· Manticore[26] - 符号执行工具
· Mythril[27] - EVM 字节码的安全性分析工具
· Oyente[28] - 智能合约分析工具
· Slither[29] - Solidity 静态分析工具

Gas 优化

优化 gas 成本可能是一项值得努力的工作,以减少您自己的部署以及最终用户的成本。随着当前 gas 成本达到顶峰,网络使用量正在逐步增加。随着生态系统的不断发展,gas 优化的价值也将随之增长。我们将在另一篇博客文章中更详细地介绍这些内容。

可以使用eth-gas-reporter[30]分析代码。它打印每个函数或每个已部署合约的 gas 成本估算。

持续集成

虽然不是整洁代码原则的一部分,但持续集成(continuous integration,CI)已经成为任何类型软件开发的基本实践。持续集成的一个主要好处是,您可以快速检测错误并更容易地定位错误。

它基于一系列关键原则。

· 保持一个存储库,所有代码都存放在其中,任何人都可以获得当前和以前的版本(例如 Git)
· 自动化构建过程,以便任何人都可以使用它直接从源代码进行构建(例如 Truffle 团队、Travis CI)
· 自动化您的测试,这样任何人都可以在任何时候运行完整的测试套件(参见章节 测试)
· 确保任何人都可以查看结果并从构建过程中获取最新的可执行文件

“Continuous Integration doesn’t get rid of bugs, but it does make them dramatically easier to find and remove.”(持续集成并不能消除 bug,但它确实使它们更易于查找和删除) - Martin Fowler

更多阅读

查看我的 Clean Contracts[31] 每个章节中用于支持代码示例的仓库。

Clean Code[32], Robert C. Martin
Solidity Patterns[33], Fravoll
Ethereum Smart Contract Best Practices[34], ConsenSys
Best Practices for Smart Contract Development[35], Yos Riady

内容来源:登链社区 作者:volunteer1024

版权声明:本文仅为传播消息之用,不代表币源社区立场,文章不构成投资建议。如需转载,请务必注明文章原作者以及来源,部分图片来源于网络,我们尊重版权,如有疑问敬请联系,我们将核实并删除。

我要评论
字数上限500
评论(0)

登链社区

登链社区是由一群区块链技术爱好者共同维护的一个秉承去中心化精神的区块链技术博客。博客最初由 Tiny 熊发起,后 HiBlock 区块链社区、磨链社区、登链学院 - 区块链技术培训 等其他的组

  • 文章总数
    23
  • 文章总阅读量
    98.35万
  • 粉丝数
    22
阅读更多TA的文章