題目：An Overview of Smart Contract: Architecture, Applications, and Future Trends
關鍵詞：
smart contract
摘要：
智能合約在金融服務、預測市場、IoT（Internet of Things物聯網）等領域存在廣泛應用的同時，還存在安全和隱私等問題。本文全面介紹區塊鏈支持的智能合約。
- 系統地介紹了智能合約的基本框架、操作機制、平臺以及編程語言；
- 討論應用場景和存在挑戰；
- 描述智能合約的最新進展和未來的發展趨勢（e.g.平行區塊鏈-parallel blockchain）。
介紹：
智能合約是按照協議條款自動執行（self-executing）的合同。bitcoin等加密貨幣代表的區塊鏈技術稱爲blockchain 1.0 時代，具有去中心（decentralization）、防篡改（tamper-resistant）、匿名性（anonymity）和可審計（auditability）。但由於比特幣腳本語言的限制，無法編寫複雜的智能合約。以太坊（Ethereum）等平臺的出現使得用戶能夠在區塊鏈上運行自定義的程序，且編程語言滿足圖靈完備（Turing-complete）。以此被稱爲blockchain2.0。
智能合約存在安全挑戰。2016年6月，遞歸調用攻擊（Recursive calls attack）利用DAO（ decentralized autonomous organization）造成經濟損失，以太坊不得不通過應分叉來解決。
智能合約
區塊鏈的基本框架：
區塊鏈系統通常分爲六層，分別是數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層。
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數據層：數據塊、信息加密、時間戳
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網絡層：P2P協議、單點故障容忍SPoF（tolerate single point of failures）
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共識層：PoW、PoS、PBFT
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激勵層：去中心化系統中的所有節點都是利己的（self-interested），因此需要經濟獎勵
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合約層：該層封裝了腳本代碼、算法和複雜的智能合約
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應用層：Bitcoin系統的主要應用是數字貨幣；Ethereum支持數字貨幣和Decentralized Applications（Dapp）；Hyperledger Fabric主要針對企業級應用，其中的Dapp可以通過Go, Java, Python, and Node.js在SDKs上構建。
![智能合約基本框架]()
智能合約的運作機制：
區塊鏈監控智能合約的實時狀態，並在某些條件被觸發後執行智能合約。
![智能合約的運行機制]()
平臺和編程語言： -
Ethereum：運行環境，以太坊虛擬機EVM（Ethereum Virtual Machine）；編程語言，Solidity；數字貨幣，Ether，Ethereum官網
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Hyperledger Fabric：運行環境，Linux；優勢，不同組件可插拔，使用容器技術來管理智能合約（Fabric中的智能合約叫做chaincode）；編程語言，Go和Java；官網，Fabric官網
特徵與意義：
智能合約具有三個特徵，分別爲自治性（autonomy）、自足性（self-sufficiency）和分散性（decentralization）。
智能合約的應用場景
- 金融交易：股本集資、P2P借貸和、互聯網保險。
- 預測市場：兩個預測工具Augur和Gnosis，還可以用於投票和賭博。
- 物聯網：促進設備之間的信息共享，以加密的方式自動化工作流。實現公寓、自行車、汽車等租賃，智能合約還可用於智能電網（smart grid）
- 其他應用場景：數字版權管理、雲存儲、供應鏈、社交媒體平臺、智能交通等
挑戰
- 可重入漏洞Reentrancy vulnerability：函數在執行結束前被調用多次；
- 交易排序依賴Transaction-Ordering Dependence AKA Front-Running：當一個塊中包含多個調用相同智能合約的事務時，易發生此攻擊。因爲不同的礦工打包交易的順序不一，因此智能合約的最終狀態取決於礦工將交易按照什麼順序進行打包；
- 時間戳依賴Timestamp Dependence：時間戳需要通過礦工本地系統的時間來設置，礦工可以改變這個值。這樣一來，當時間戳作爲觸發條件時就可能存在安全隱患；
- 缺乏可靠的數據輸入Lacking of trustworthy data feeds：智能合約需要外部有信息資源的輸入，然而信息的可靠性無法保證；
- 隱私問題Privacy issues：攻擊者通過歷史數據推測出私人信息，稱此爲去匿名化攻擊deanonymization attack。
研究進展及未來趨勢
研究現狀
- 使用Ethereum-based功能強制交易順序來避免TOD；
- 使用Oyente工具來檢測潛在安全漏洞；
- 通過增強Ethereum操作語義來減少合約的脆弱性；
- Town Crier通過可信web服務器來提供可信數據；
- Hawk模型在保證用戶隱私的前提下使用區塊鏈記錄金融交易。
未來趨勢：平行區塊鏈與智能合約
- 未來社會的發展趨勢是從信息物理系統CPS，Cyber-physical
systems（與物聯網相比更強調控制）到社會物理信息系統CPSS，Cyber-physical-social
systems（在CPS基礎上，進一步納入社會信息、虛擬空間的人工系統信息）。 - ACP方法是目前並行管理領域目前唯一的系統完整的研究框架。ACP可與智能合約相結合。
- 提出並行區塊鏈的概念，其最終目標是實現區塊鏈生態系統的知識自動化。
原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/8500488