详解MeerEVM：MeerDAG共识下的智能合约执行引擎

引言

自比特币诞生以来，区块链已经发展了十三个年头，对政治、经济与文化都影响深远。区块链技术的发展经历了 Layer1 的底层账本探索和 Layer2 的应用拓展，区块链也从 1.0 时代的货币和支付去中心化，走向了 2.0 时代的市场去中心化。到如今，区块链已经实现了：去中心化的公开交易总账、端对端的直接价值转移体系、强大的脚本系统以运行任何协议或者货币。比特币本身已实现了前两点，而以太坊智能合约的出现让第三点也变成了现实。然而，虽然智能合约当前应用于 DEX、NFT、GameFi、借贷、流动性挖矿等众多 DeFi 领域，展现出了一片繁荣的景象，但其应用仍然只在初期阶段，在资产数字化、社会服务等方面的潜力尚未完全发掘出来，区块链2.0 也只在早期阶段。

在智能合约的带动下，区块链技术正一步步向金融、物联网、供应链、云计算、公益慈善、公共服务等领域渗入。不仅如此，区块链在社会生活中的应用前景更为广泛，特别是在政府、健康、科学、文化和艺术等领域。不仅会有去中心化的应用（DAPP），去中心化自治组织（DAO）出现，去中心化自治公司（DAC）也会出现，最终走向去中心化自治社会（DAS）。当区块链技术逐渐被应用于社会治理时，我们将迎来区块链 3.0 时代。区块链全面应用的时代终将会到来，一个大规模的协作社会将被构建。

Qitmeer 诞生于区块链 2.0 时代之初，想要构建一条面向全世界的底层公有区块链，它融合了成熟安全的 UTXO 模型和 BlockDAG 共识，从而具有更快的共识效率、更高的吞吐量和更高的可扩展性。为了使自身更具可扩展性，并在 DeFi、GameFi、NFT、元宇宙等领域构建生态应用，下一代 Qitmeer 网络在设计上有的放矢，推出重要组件MeerDAG 与MeerEVM。其中MeerDAG 共识实现了 UTXO 模型和账户模型的兼容；MeerEVM则是一个MeerDAG共识下的可插拔智能合约执行引擎，其以容器的方式集成到了Qitmeer网络。这种实现方式即保障了智能合约的独立运行环境，也奠定了拓展建立其他容器的基础。

一、什么是 MeerEVM

虚拟机（Virtual Machine）是指通过软件模拟的完整计算机系统，其运行在一个完全隔离环境中，具有完整的硬件系统功能。EVM(Ethereum Virtual Machine) 以太坊虚拟机，便是一种轻量级虚拟机。它是以太坊中智能合约的运行环境。相较于比特币被视作分布式的记账本，以太坊则致力成为分布式计算平台，Vitalik 构想其为一个去中心化的“世界计算机”。而EVM则是这台“计算机”的操作系统、计算引擎，承担着计算、存储、执行等功能。

在以太坊上创建的智能合约都需要 EVM 来编译和解释执行。用 Solidity 这样的高级语言所创建的智能合约将被转换为机器指令，EVM 通过这些机器指令来执行特定的任务。EVM 中有 140 多个固定的机器指令来执行不同的进程，从而使得 EVM 图灵完备，在给定足够资源的前提下，它可以完成任何计算。

智能合约的部署，相当于创建了一个常规的交易。当以太坊链上发生转账交易的时候，以太坊虚拟机（EVM）会进行以下一系列工作：

• 调取转账的数值，分析合约的指令。

• 计算Gas的消耗（手续费）, 确保发出转账的地址有足够的Gas费。

• 执行合约，实现转账到对应的地址。

EVM 以一个独立的沙盒形式存在，提供了一个安全的代码运行环境，保证了以太坊上智能合约的顺利执行。

Qitmeer的 MeerDAG 是一个混合 BlockDAG 协议，不仅拥有快速确认交易的能力，同时也支持交易的线性排序，本身就拥有着实现基于状态的智能合约的能力。在下一代 Qitmeer 网络上，我们设计了一套独特的容器系统，来构建智能合约在Qitmeer上的运行环境。我们通过容器系统实现对EVM的集成，让它作为一个容器运行在Qitmeer网络上，不仅为智能合约提供了独立运行环境，保持对外完全隔离，保障主链安全；也方便开发者开展独立测试而不占用主链资源也不受其他链的影响。

Qitmeer 是混合 BlockDAG 共识下的 UTXO 账本模型，和以太坊的账户模型并不兼容。为了实现兼容EVM，在下一代 Qitmeer （QNG）网络的设计中，我们结合自身网络特点对原生的 EVM 做了改进，使 UTXO 模型和 EVM 可以兼容，实现了Qitmeer上兼容 EVM 的智能合约执行引擎——MeerEVM，它能够支持以太坊智能合约和大多数以太坊客户端功能。

在Qitmeer 网络中，MeerEVM将部署于每个节点上，以保证数据的相互验证，同时，MeerEVM 也将作为 Qitmeer 中智能合约的运行环境，Qitmeer 上的各类智能合约应用程序（DAPP）在其中独立编译和执行。

二、MeerEVM 的核心特点

下一代 Qitmeer（QNG）网络本身有一套容器系统，可以让 MeerEVM 虚拟机作为容器运行在 QNG 网络上。如此一来，Qitmeer 的本币 Meer Coin 将可以存在两种不同的形态，一种是处于主链上的 UTXO，另一种是处于 MeerEVM 中的 Account Balance，这二者保持着等质的状态，二者之间可以随时 1:1 等质交换，我们把这之间的通道称之为 MUB Channel。就像一杯水倒在两个不同温度环境的容器里，一个是保持液体状态的水，一个是保持固体状态的冰，但本质上还是那一杯水，交换存放容器，只是因标准不同而呈现两种状态。这样的设计大大提高了 Qitmeer 网络的兼容性和可拓展性，我们不仅可以在网络上运行可兼容 EVM 的虚拟机，还可以支持更多其他的容器。

在 QNG 网络的底层技术实现上，通过重新定义 UTXO 的数据结构，利用交易结构中的签名脚本、输入中的签名脚本、序列字段 Sequence，区分了不同的交易类型，然后通过 SignScript 这个字段匹配不同的交易数据规则，使得MeerDAG 完全保留了 UTXO 数据结构，既可以兼容经典的 UTXO 交易，也可以兼容账户模型的交易。

同时，我们打通了  UTXO 和 ETH Balance 之间的映射关系，使得 UTXO 模型和 Balance系统之间可以很好的互联。我们没有使用跨链的方式，而以自己独特的方式实现了 UTXO 模型和 EVM 之间的第一次结合，建立了 MeerDAG 共识下首个可兼容 EVM 的智能合约执行引擎，使得 QNG 网络既可以支持智能合约下的 DAPP 开发，又具有很强的 EVM 生态兼容性。开发者可以很轻松的将智能合约迁移到 Qitmeer 网络，享受更低的使用费，更快的确认速度，更通畅的网络环境。

当然，我们不仅仅可以实现兼容EVM的容器，未来，仍具有实现其他容器的拓展能力。

目前，运行在 QNG 网络上的 MeerEVM 拥有以下特点：

三、MeerEVM（EVM兼容）的战略作用

1、解锁智能合约，实现链链互联，加速生态拓展

1.1 解锁智能合约

在区块链和加密货币的语境中，智能合约的特性是：

• 无需准入性：任何人都可以编写智能合约，并将其部署到以太坊网络上。

• Solidity编程语言对开发者友好

• 可组合性：智能合约在以太坊上是公开的，可视为开放式应用程序接口，智能合约之间可以相互调用。

• 预写入的逻辑（计算机代码），不可篡改。

基于智能合约的特性，以太链孵化出了全新的去中心化金融DeFi生态：交易透明，无需许可，可信任。截至目前，仅仅被主流 Dapp 统计平台收录的以太生态应用数量就高达3325个。以太坊生态能有如此繁荣的景象，离不开智能合约。智能合约完全落实了区块链权力下放的精神，让所有的 Dapp 开发者都可以在 EVM 中部署智能合约，促成了各种各样的去中心化应用去搭建 Web3.0。以太坊是目前应用最多，资金承载量最大的智能合约平台。根据 glassnode 的数据，2022年以来，以太链上每日活跃数地址约为20万个，这一数据还在持续增长中。在2020年的 DeFi Summer 的高峰中，每日合约调用次数最高达到了75万次左右。

Qitmeer Network 是一条面向全世界的公有区块链，一直在完善作为底层公链的基础设施，我们将以更优的性能、更低的费用去实现包括 DEX、NFT、流动性挖矿、GameFi等一系列去中心化金融（DEFI）应用，并且能构建一个激励相容的开放式环境——去中心化自治组织（DAO），同时为 Web 3.0 提供基础设施，这一切都离不开智能合约的支持。

智能合约的部署和执行离不开虚拟机，以智能合约为基础的 DAPP 应用更离不开虚拟机的支持。因此，在下一代 Qitmeer 中，我们融入了可插拔的虚拟机。MeerEVM 的实现，提供了智能合约的实现基础和运行环境。

1.2 实现链链互联，加速生态拓展

目前区块链行业绝大部分Dapp都是基于EVM搭建的。EVM生态中，诸如用于智能合约编写和测试的 Truffle 和 Hardhat、使外部钱包可以连接到 EVM 的 API 库、通过网络广播用户的命令并将用户连接到 EVM 的 MetaMask 钱包等，是数百名高水准开发人员花费了数千小时构建出来的开发工具和基础设施。使用成熟工具和未完善工具创建 DAPP 所需的时间差异可能是 100:1。这就是为什么专有堆栈区块链构建的工具和基础设施按照行业标准进展非常缓慢。EVM 生态系统拥有庞大的区块链开发者和开源项目市场，一个被广泛接受的标准很可能会带来更多的可组合性，这将加强 DeFi 中的网络效应。

Qitmeer 作为一条面向全世界的公共区块链，在未来的发展中，势必要和其他区块链系统互联互通。Qitmeer 实现了可兼容 EVM 的虚拟机，引入一个被广泛接受的标准，有利于链链之间的互联。同时，支持共同的 EVM 标准，有利于 Qitmeer Network 和 EVM 生态之间建立了桥梁，降低了不同链之间DAPP的开发成本，EVM 生态项目也更容易在 Qitmeer 上实现，用户也可以在不同的网络中，使用同一款偏好的 Dapp。随着 DAPP 应用的丰富，Qitmeer 也将逐渐建立起更有价值的生态网络。

2、“跨越鸿沟”，提高网络效应，构建价值网络

在互联网时代，梅特卡夫定律（Metcalfe’s law）是网络估值和技术发展的重要理论，其主要内容是：一个网络的价值与联网的用户数的平方成正比。联网节点越多，网络共识越强，网络价值越大。虽然梅特卡夫定律至今仍然存在于网络效应的讨论中，但对于真正从零开始构建的网络产品来说，它忽略了网络构建的重要阶段，也没有考虑用户参与的质量，以及网络的多边性。现实生活远远超出了“节点越多越好”的简单模型。逻辑斯蒂增长模型以及生态学先驱 Warder Clyde Allee 研究的动物种群增长模型（Allee 曲线），都昭示了一个道理：网络效应的增长往往呈现S型曲线。新技术想要存活，网络规模必须要突破发展早期的临界点，才能激活市场潜能，促成网络效应的飞速增长。网络规模的增长会因为当前的承载能力限制而放缓，甚至受到抑制，只有不断拓展，提高承载能力，才能开启下一个S型增长，进一步提高网络价值。

创新扩散大师埃弗雷特．罗杰斯(Everett M. Rogers)在观察包括美国农业改良等许多创新事物出现过程，提出了创新扩散理论，他认为创新事物在社会系统中扩散会依次面对不同类型的人而经历五个阶段，分别是创新者(innovators)、早期采用者(early adopters)、早期大众(early majority)、后期大众(late majority)和落伍者(laggards)。

后来，杰弗里．摩尔(Geoffrey A. Moore)基于罗杰斯的创新扩散理论，进一步提出科技采用生命周期理论。在其著作《跨越鸿沟(Crossing the Chasm)》一书中提出，新科技的普及会面临早期采用者和早期大众之间的一道鸿沟，只要普及率能跨越鸿沟，那么市场就会自然推进到晚期大众，甚至落伍者，达到全面性普及。

Qitmeer 作为初创型公有区块链，想要得到更加广泛和全面的采用，唯有增强自身可扩展性以及应用实现基础，进而提高网络的生态承载能力，才能够吸引更多高质量的用户采用，构建出发展早期高质量的生态应用，展现出网络的价值潜力。如此，才能推动网络“跨越鸿沟”，突破网络效应的临界增长点，获得大众认可，实现网络规模的指数级增长。

在下一代 Qitmeer 网络（QNG）上，实现可兼容 EVM 的 MeerEVM，解锁实现智能合约的能力，这不仅是各种 DeFi 应用的实现基础，也是 Qitmeer 实现多链互联的桥梁。借助智能合约，Qitmeer 能建立起自己的 DAPP 生态，并且能够与其他网络生态之间进行交互联系，进而丰富了网络的多边性，大大提高 Qitmeer 网络的生态承载能力，获得更广泛的用户采用，提升 Qitmeer 网络价值，为进军元宇宙、走向 Web 3.0 奠定基础。

深耕差异化特性或兼容行业主流标准，看似可以兼顾，事实上却是公共区块链发展中面临的难题。这依靠项目团队的抉择，更源于广大用户社群的意向。Qitmeer 网络也不例外，在发展过程中，需要不断平衡这两点。

来源：星球日报