2015年5月15日，Rust編程語言核心團(tuán)隊正式宣布發(fā)布Rust 1.0版本。

4年來，它優(yōu)雅的解決高并發(fā)和高安全性系統(tǒng)問題的能力，受到了越來越多開發(fā)者的喜愛。并且連續(xù)4年，在Stack Overflow開發(fā)者「最受喜愛編程語言」評選中獲得第一名。

近來，越來越多的著名區(qū)塊鏈項目已經(jīng)選擇使用Rust作為其開發(fā)語言，包括：Parity、Polkadot、Substrate、Grin、Ethereum經(jīng)典、Holochain、Cardano-Rust、Exonum、Lighthouse、Nimiq、Nervos、Conflux-Rust、Codechain、Witnet等眾多知名度較高的項目。

本文試圖探討這一種趨勢出現(xiàn)背后的原因。并且系統(tǒng)的講解Rust語言對于區(qū)塊鏈開發(fā)的影響和其優(yōu)勢。

Rust：一個安全和并發(fā)的軟件系統(tǒng)

Rust 是一門系統(tǒng)級編程語言，被設(shè)計為保證內(nèi)存和線程安全，防止段錯誤產(chǎn)生。

作為系統(tǒng)級編程語言，它的基本理念是 “零開銷抽象”。理論上來說，它的速度與 C / C++ 同級。Rust 可以被歸為通用的、多范式、編譯型的編程語言，類似 C/C++。

與這兩門編程語言不同的是，Rust 是線程安全的！它的目標(biāo)是，創(chuàng)建一個安全和并發(fā)的軟件系統(tǒng)。Rust強調(diào)安全性、并發(fā)和內(nèi)存控制。盡管 Rust 借用了 C/C++ 的語法，卻杜絕了空指針和懸掛指針，而這二者是 C/C++ 中系統(tǒng)崩潰、內(nèi)存泄露和不安全代碼的根源。

雖然 Rust 是一門系統(tǒng)級編程語言，但并不意味著它只能寫底層程序（操作系統(tǒng)、驅(qū)動、工具、數(shù)據(jù)庫、搜索引擎等），它的抽象層次之高完全給人驚艷的感覺，實踐證明它對問題建模的能力和方便性不比 C++/Java/Python/Ruby 差。

但 Haskell 這類超高抽象語言，也不是 Rust 的發(fā)展方向。Rust 力求在抽象與現(xiàn)實世界中找到一個平衡。

目前，Rust 已經(jīng)在 StackOverflow 的年度語言評選中，連續(xù) 4 年榮獲“程序員最喜愛語言”第一名。

Rust語言的歷史

Rust 最早是 Mozilla 雇員 Graydon Hoare 的一個個人項目，從 2009 年開始，得到了 Mozilla 研究院的支助，2010 年項目對外公布。

2010 ～2011 年間實現(xiàn)的自舉。從此以后，Rust 經(jīng)歷了巨大的設(shè)計變化和反復(fù)（歷程極其艱辛），終于在 2015 年 5 月 15日發(fā)布了 1.0 版。

在這個研發(fā)過程中，Rust 建立了一個強大活躍的社區(qū)，形成了一整套完善穩(wěn)定的項目貢獻(xiàn)機(jī)制（這是真正的可怕之處）。Rust 現(xiàn)在由 Rust 項目開發(fā)者社區(qū)維護(hù)。

下圖描述了Rust的基因圖譜：

Rust仍是小眾語言

Rust從1.0算起，到目前（2019年5月）為止，已有長足的發(fā)展。但整體而言，比起，Python、C、C++ 等，Rust 的使用并不算特別廣泛（畢竟太年輕）。

調(diào)查顯示，Rust 使用率不高的很大一部分原因是選擇 Rust 的公司占少數(shù)。

不過，Rust 在工作中的占比卻越來越高。過去一年間，Rust 在商業(yè)應(yīng)用上有著令人驚訝的成長。包括一些人們耳熟能詳?shù)墓荆?/p>

亞馬遜：用 Rust 構(gòu)建工具；

Facebook：源代碼控制工具；

Google：作為 Fuchsia 項目的一部分；

微軟：在新的 Azure 物聯(lián)網(wǎng)框架中部分使用 Rust；

Twitter：用 Rust 作為構(gòu)建團(tuán)隊支持的一部分。

國內(nèi)的百度、阿里，也已經(jīng)在內(nèi)部小范圍的使用上了Rust。相信，隨著更多公司對 Rust 的選擇，Rust 的成長速度將更加迅猛。

Gavin Wood把Rust帶進(jìn)區(qū)塊鏈

第一個將Rust應(yīng)用于著名區(qū)塊鏈項目的應(yīng)該是大名鼎鼎的Gavin Wood。Gavin Wood 博士在 2015 年下半年離開了以太坊社區(qū)，創(chuàng)立了 Parity Technologies，推出以太坊（Ethereum）客戶端 Parity，成功占領(lǐng)以太坊社區(qū)的半壁江山。而這個Parity客戶端就是使用Rust寫的。

實際在 Parity 出現(xiàn)之前，MaidSafe項目就已經(jīng)出現(xiàn)了。MaidSafe用 Rust 語言嘗試了很多東西。Rust語言本身強調(diào)的安全性以及MaidSafe這些前沿項目，可能給了 Gavin 充分的理由選擇 Rust 作為 parity 開發(fā)語言。

Rust本身的語言特性（安全、高性能、并發(fā)編程）與區(qū)塊鏈的特性（分布式、加密、安全敏感）天生有相當(dāng)大的重合性。

不僅如此，Rust作為一個編程語言顯得不同，不是因為它的語法多么漂亮（實際有些人甚至覺得有點丑）或者社區(qū)多么受人歡迎，而是因為當(dāng)用它寫代碼時獲得的那種信心。

看起來Rust會影響你寫代碼的的效率和表達(dá)力，但令人相當(dāng)驚奇的是，結(jié)論完全相反：寫一個有效率的、符合習(xí)慣的Rust程序比寫一個有潛在危險的程序容易得多。

下面是Linux內(nèi)核在2018年一月到四月期間發(fā)現(xiàn)的Bug：

而對于Rust而言，上圖右側(cè)占比 51% 的部分，從語言層面就可以避免。也就是說，對Rust來說，根本不存在上圖右邊這些問題。

目前有兩種觀點：“一個人只需要知道如何寫C” 和 “只需要把最底層的東西留給專業(yè)人士”，這兩種觀點都是不夠的。Linux內(nèi)核是由強中強的程序員寫的，可能是工業(yè)界最前面的5%的程序員，但是，仍然，年復(fù)一年地搞出 CVE 來。

你有可能會覺得幾百萬行代碼中出現(xiàn)50個bug不算什么。但在一些關(guān)鍵領(lǐng)域，出bug就意味著系統(tǒng)性風(fēng)險（如，心臟起博器中的bug會導(dǎo)致生命危險）。而且，這50個bug是我們已經(jīng)找到的，誰知道我們還有多少個bug還沒找到？而用了Rust，我們可以事先知道答案。

厲害的是，Rust在實現(xiàn)內(nèi)存安全和并發(fā)安全的同時，并沒有以損失性能為代價。更牛逼的是，它甚至是用同一套抽象解決了內(nèi)存安全和數(shù)據(jù)競爭這兩個不同領(lǐng)域的問題。

Rust的零開銷抽象讓你在享受安全性的同時，又不損失性能。這正是傳統(tǒng)的程序員夢寐以求的。

以Parity為例，Parity使用Rust，正是因為用Rust寫復(fù)雜和高性能的代碼時，不用擔(dān)驚受怕。用Rust寫程序，遠(yuǎn)離未定義行為、數(shù)據(jù)競爭和內(nèi)存安全問題。更別說，Rust運行速度快，寫起來有趣，易讀，還幾乎沒有運行時。

內(nèi)存安全問題如此困難，因為你無法容易地寫出測試來捕獲它們。如果你在beta階段之前沒有找出bug，那么這個bug就可能會在代碼中呆幾年，就像一個讀秒的定時炸彈。當(dāng)然，也有Valgrind這類的工具，來輔助你捕獲這些bug。但是如果在執(zhí)行時，沒有觸發(fā)內(nèi)存問題，或這類工具生成的代碼在運行時，沒有執(zhí)行，那么它們也捕獲不到。

所以，通過使用Rust，我們消除了一大類最復(fù)雜和最不可預(yù)測的錯誤。

Rust中內(nèi)嵌了形式化證明理論，不過僅限于對內(nèi)存安全和并發(fā)。Rust在內(nèi)部用邏輯證明了你的程序是正確的。這也就是你為什么寫Rust代碼會寫得如此有信心的原因。你的每一次編譯，都有一組數(shù)學(xué)理論在為你提供證明服務(wù)。

在很長一段時間內(nèi)，像Haskell這種函數(shù)式編程語言的一大殺手級特性就是可以比較容易地進(jìn)行形式化證明，而這對于傳統(tǒng)的命令式編程語言是不可能的（因為有共享可變性，不安全的指針運算，和不可控的副作用）。

但Rust的出現(xiàn)，改變了這種情況，作為一個命令式語言，它卻走在被證明的路上。到目前為止，標(biāo)準(zhǔn)庫的一部分已經(jīng)被證明是正確的。

那些用Rust開發(fā)的知名區(qū)塊鏈項目

parity

說起知名的用Rust寫的區(qū)塊鏈項目，Parity首當(dāng)其沖。Parity是一個以太坊節(jié)點客戶端parity-ethereum。

Parity Technologies 是他們公司的名稱。現(xiàn)在 Parity 旗下已經(jīng)包含了一套客戶端和各種庫，包括：

parity-ethereum；

parity-zcash；

parity-bitcoin；

shasper。

也就是說，Parity Technologies 給使用Rust開發(fā)區(qū)塊鏈提供了一套「全家桶」。

polkadot/substrate

Polkadot 是由Web3基金會發(fā)起的一項計劃，由 Parity Technologies 負(fù)責(zé)開發(fā)，旨在卻不限于使區(qū)塊鏈互聯(lián)。

Polkadot 使開發(fā)者和企業(yè)能夠利用其協(xié)議建立區(qū)塊鏈，即平行鏈（parachain）。只要這些平行鏈建立在Polkadot的基礎(chǔ)之上，它們將共享同樣的權(quán)威證明（PoA）共識。

由于該類型共識嵌于 Polkadot 中，平行鏈開發(fā)者可以專注于各自區(qū)塊鏈的特異性。所有平行鏈都和一種被稱為中繼鏈（relay chain）的通用區(qū)塊鏈無縫連接，后者扮演連接所有平行鏈的角色。

Polkadot 項目由Gavin Wood主導(dǎo)推進(jìn)，其實跟上面的parity全家桶屬于同一家公司，但屬于不同的團(tuán)隊在做。

如果你實時關(guān)注了 Polkadot 的進(jìn)展?fàn)顩r，你可能會經(jīng)常看到“Substrate”這個詞。它是 Polkadot 項目的重要組成部分。Parity Substrate 是獨立于 Polkadot 的項目。Polkadot 基于 Substrate ，其它基于 Substrate 的項目也能在 Polkadot 網(wǎng)絡(luò)上運行（形成一個生態(tài)）。

那么什么是 Substrate 呢？你可以將其看作類似于 Express 或其他 Web 應(yīng)用程序的框架，但它是用于構(gòu)建分布式或去中心化的系統(tǒng)的框架，可以構(gòu)建例如加密貨幣項目，或消息總線系統(tǒng)。

正如大多數(shù) Web 應(yīng)用程序不需要重新實現(xiàn)自己的 HTTP 協(xié)議一樣，對于每一個團(tuán)隊創(chuàng)建新鏈時，也不需要從頭實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和共識的代碼，這浪費精力。

更不用提為了實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，必須雇用密碼學(xué)家、安全研究員、網(wǎng)絡(luò)工程師、開發(fā)人員（以協(xié)調(diào)更新）等等了。如果你使用 Substrate 來構(gòu)建一個新項目，只需要在代碼中實現(xiàn)少量的函數(shù)回調(diào)，就可以輕松快速創(chuàng)建一條鏈。

鏈接：

https://github.com/paritytech/polkadot

https://github.com/paritytech/substrate

grin

grin是當(dāng)今區(qū)塊鏈界小網(wǎng)紅。少數(shù)旨在成為真正貨幣的項目之一。

Grin 致力于提供隱私、可擴(kuò)展性的加密貨幣，計劃在 2019 年初發(fā)布。其幾個獨特的屬性：使用名為 MimbleWimble 隱私保護(hù)區(qū)塊鏈格式；只在區(qū)塊鏈中存儲少量數(shù)據(jù)，運行完整節(jié)點既便宜又容易。

Mimblewimble 由匿名人士開發(fā)，團(tuán)隊分布在世界各地；沒有任何預(yù)挖的 PoW 機(jī)制，更平等和去中心化。

Grin 核心開發(fā)者、Grin Council 成員 D

grin的出現(xiàn)，預(yù)示著回歸比特幣的一股潮流的出現(xiàn)，也許，這才是這一類項目正確的方向。

參與gin的開發(fā)交流，相當(dāng)令人愉悅。

Holochain

Holochain致力于解決Dapp落地的事情，也就是說，它在構(gòu)建一個云托管網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)人們都在研究如何把區(qū)塊鏈性能提高的時候，Holochain卻在做造汽車的事。有時候思維固化并非好事，換一種思維方式或許就可以找到解決問題的新路徑。正如Holochain官網(wǎng)上的文字一樣：Think outside the blocks。

Holochain這個項目很有意思，它不是狹義上的區(qū)塊鏈。人們研究區(qū)塊鏈本質(zhì)上是在研究通過解決信任問題完成價值傳輸，從而完成生產(chǎn)關(guān)系改變。

為了達(dá)到最終目的，我們不一定要把眼光僅限于某種特定技術(shù)上。無論是區(qū)塊鏈、DAG、Holochain，只要能達(dá)到我們最終目的，那么都可以認(rèn)為是好的技術(shù)。

區(qū)塊鏈中為了保證信息一致性，系統(tǒng)中每個節(jié)點都是一個單獨的賬本，這些賬本記錄同樣的信息。雖然，區(qū)塊鏈這種分布式賬本技術(shù)滿足了一致性，但卻造成了巨大的信息冗余。

Holochain認(rèn)為共識是可以分化的，沒必要所有的事件都去共識。因此它創(chuàng)新的從另一個角度去解決共識問題。Holochain將一個賬本分割成若干份，交給每一個參與節(jié)點，并通過DHT技術(shù)和密碼學(xué)技術(shù)保證賬本之間的一致性。

簡單來說，我們可以把DHT的作用理解為拼圖上的圖畫，我們可以通過圖畫來判斷這個拼圖是否完整。

節(jié)點不再需要多賬本同步記錄，只需要記錄與自身相關(guān)的內(nèi)容就可以達(dá)成全網(wǎng)共識，這就是Holochain的革新之處。

Nervos

首先，Nervos 要做什么？官網(wǎng)上說，Nervos 是要：為未來的加密經(jīng)濟(jì)構(gòu)建分層的基礎(chǔ)設(shè)施。分層的方式也是現(xiàn)在區(qū)塊鏈主流體系設(shè)計，Layer 1 發(fā)行原生資產(chǎn)，支持高安全性高去中心化，犧牲效率。

而 Layer 2 去做擴(kuò)容的事情。那么 Nervos CKB 作為體系的Layer 1，主要有以下兩個目的：資產(chǎn)的儲存和協(xié)議的增強（安全性和去中心化）。

注意，這也是 Nervos CKB 經(jīng)濟(jì)體系設(shè)計的原則，即資產(chǎn)儲存大于價值交換。

Nervos有幾個有趣的設(shè)計亮點：

解決通縮與通脹的問題；

解決手續(xù)費的問題Nervos CKB 的一個理念是，智能合約平臺的價值除了原生代幣外，還應(yīng)包含平臺上發(fā)行的其他加密資產(chǎn)的價值；

解決資源的價格問題；

解決利率的發(fā)現(xiàn)與調(diào)整問題。

exonum

由 Bitbury 出品。是一套使用Rust開發(fā)的許可鏈開發(fā)框架。使用exonum，可以方便的搭建聯(lián)盟鏈。

結(jié)束語

作為一個剛剛4歲的語言，Rust語言正在IT工業(yè)各個領(lǐng)域快速發(fā)展，而由于區(qū)塊鏈本身的特質(zhì)，區(qū)塊鏈領(lǐng)域是較早接納Rust的領(lǐng)域之一。

在區(qū)塊鏈領(lǐng)域，Rust正以勢如破竹之勢占領(lǐng)區(qū)塊鏈新興項目市場，很多著名的老項目也在考慮轉(zhuǎn)向使用Rust重寫。

與此同時，WebAssembly技術(shù)的飛速發(fā)展帶來的成果也及時地應(yīng)用到了區(qū)塊鏈中。Rust對WebAssembly提供了一等支持。可能是所有語言中目前為止最好的。具體請參考：

https://rustforce.net/article?id=6807cc27-0e6c-4bc9-baa3-8b0c68ae9529

相信，隨著Rust語言的 async/await 特性在今年的穩(wěn)定，使用Rust進(jìn)行區(qū)塊鏈開發(fā)會變成更加輕松方便。選擇使用Rust作為第一開發(fā)語言的區(qū)塊鏈項目也會越來越多，我們會迎來一波的Rust語言學(xué)習(xí)高潮。

謹(jǐn)以本文作為Rust 4周年的生日禮物，祝Rust生日快樂！