通用图灵机和智能合约之间的关系是什么

在Kadena我们经常谈论区块链设计决策。我最近遇到的一个特别深刻的设计决策是关于图灵完备的，它在我们的一个开发人员最近的一篇文章中引发了争论。作为团队的非技术成员，我想了解图灵完备的真正含义，为什么区块链社区在这个问题上存在分歧，为什么我们的工程师在努力教育其他人安全智能合约编程的缺点。

以下是我为揭开和理解智能合约安全这一核心属性而进行探索的简要总结。所以，如果你像我一样，被区块链系统的开发所吸引，尤其是被智能合约语言所吸引，那么希望这个故事能够提高你对图灵完备如何影响智能合约安全的理解。

图灵机促进图灵完备

20世纪30年代，艾伦·图灵提出了通用图灵机的概念。请注意，图灵机不同于二战期间用来解决Enigma代码的设备。这就是炸弹机。图灵机实际上是一种理论设备，一种数学计算模型，描述了我们今天所知道的最强大的机械计算机。

这可以归结为“图灵完备”，它是一个属性，用于描述可以用来模拟图灵机器的编程语言。事实上，现存的绝大多数编程语言都是图灵完备的。图灵完备智能合约机最著名的例子是Ethereum虚拟机（EVM）。

“一种图灵完备的编程语言，理论上能够表达计算机完成的所有任务;如果忽略有限内存的限制，几乎所有的编程语言都是图灵完备的。

这在实践中意味着什么呢？编程语言能够表达每一个可计算的算法是好是坏？

起初，这听起来像是一个强大的特性。智能合约语言对于构建任何类型的应用程序都是普遍适用和灵活的，这当然是有好处的。让我们考虑一下其影响。

图灵完备应用于区块链智能合约

不幸的是，我并不是智能合约设计领域的思想领袖，所以我求助于互联网。初步的研究从StackOverflow或者像这样的图灵机上的深入论文中得到了完全没有帮助的答案。这两种方法都没有通过编程智能合约的上下文来检查所讨论的属性。

幸运的是，我有幸请到了一位非常有资格并且在这个主题上领先的的人物Emily Pillmore，她是Kadena的高级程序员。我问她：“在区块链的中，图灵完备和图灵不完备有什么区别？””她的反应：图灵不完备与区块链并没有太多直接关系。在计算机科学中，抽象重写系统的一个特性是确保系统中的所有表达式都可以用正态形式表示（即可以被简化）……图灵不完备表现为在一种不可简化的语言中的表达式。“这只是全部答案的一小部分！”对于像我这样的人来说，其余的回答同样令人费解。我问了一下“这个东西是如何工作的”问题，得到了一个全面而技术性的答案。很好。所以我想我会从不同的角度来看待这个问题。也许如果我问一个“这件事能做什么”的问题，我就能更具体地了解它的行为。

我问：“有没有一些例子可以说明：图灵不完备可以在区块链上使用？”” Emily的回答是：“没有。我想不出一个需要图灵完备的区块链用例。EVM不使用图灵完备的任何属性，因为它限制了通过gas模型进行的所有递归，这将强制递归在gas耗尽之前终止，或者在gas耗尽时终止程序。所以实际上，EVM的gas模型模拟了图灵不完备，但不是真的。这就是为什么我说他们采用了图灵完备的所有缺陷（副作用、难以理解和不合理的代码、任意循环），但是没有使用它的任何好处（不允许无限递归）。“啊哈，我明白了！”也就是说当你有能力做更多的事情，这也意味着更多的事情可能出错。图灵完备天生就更强大，但是如果您不能利用这种强大的优势，那么您就不必要地将自己暴露在更多的攻击向量中，因为增加的表面积带来了如此多的额外特性。

为进一步明确区分特征：

· 图灵完备语言总是有条件重复或条件跳转的形式

· 根据区块链的设计，区块链可以通过像gas这样的机制来阻止这些无休止的循环。

· 因此，图灵完备带来了一个不必要的、繁重的攻击表面。风险高，回报低，如下图所示。

在发布时，已知有16种针对Solidity的攻击向量，Solidity是用于智能合约的最流行的特定领域的编程语言，碰巧是图灵完备。如果图灵机不完整，那么这些攻击中代价最高的攻击甚至都不可能发生。最值得注意的是，2016年的DAO攻击——图灵完备支持的可重入攻击，从该基金中抽走了360万ETH（约5000万美元），导致以太坊社区对整个网络进行了硬分叉，以恢复他们喜欢的历史版本。最近在2019年，君士坦丁堡升级暂停，因为它引入了一种新的重入攻击形式。

在设计像智能合约这样的规避风险技术时，最好避免将开发人员和用户暴露在不必要的潜在风险中，这样他们也许有一天就可以提出一个用例来享受它所带来的好处。毕竟，智能合约只不过是运行在区块链上的计算机程序。他们是按要求去做的。在使用它们时，您将自己暴露在对所有可能的输入的风险中。与其信任一个未知程序员的逻辑，不如考虑信任一个图灵不完备的编程语言，使用这种语言甚至不可能有危险的错误和漏洞。为了获得更多的安全性，请考虑信任一种图灵不完备语言，该语言在设计时考虑了智能合约安全性。

随着我对这个主题的不断了解，我很想知道您是否认为图灵完备里有我没有提到的关键含义。您在您的智能合约中发现使用图灵完备的好处了吗？