Move语言安全性解析:智能合约语言的变革者

前言

Move语言是一种可在实现MoveVM的区块链环境中运行的智能合约语言。它的设计初衷考虑了区块链和智能合约的诸多安全性问题,并借鉴了Rust语言的部分安全设计理念。作为新一代以安全为主要特点的智能合约语言,Move的安全性如何?它是否能在语言层面或相关机制上规避EVM、WASM等合约虚拟机常见的安全威胁?Move本身是否存在特有的安全性问题?

本文将从语言特性、运行机制和验证工具三个层面,探讨Move语言的安全性问题。

1. Move语言的安全特性

与许多现有编程语言不同,Move语言被设计为既支持与不受信任代码安全交互,又支持静态验证。Move舍弃了基于灵活性考虑的非线性逻辑,不支持动态分派和递归外部调用,而是使用泛型、全局存储、资源等概念来实现替代性的编程模式。例如,Move省略了可能导致重入漏洞的动态调度和递归调用特性。

Move的主要安全特性包括:

1. 模块:每个Move模块由一系列结构类型和过程定义组成。模块可以导入类型定义并调用其他模块中声明的过程。

2. 结构体:可以定义为资源类型,表示可存储在持久全局键/值存储中。

3. 过程:定义了初始化、安全过程和不安全过程。

4. 全局存储:允许Move程序存储持久数据,这些数据只能由拥有它的模块以编程方式读写。

5. 不变量检查:支持静态检查的不变量,保证系统中资源的完整性。

6. 字节码验证器:在字节码级别强制执行类型系统,防止恶意客户端模块的非法操作。

通过不变量检查和字节码验证器两种机制,Move在编译时实现了代码安全性的双重保障。

2. Move的运行机制

Move程序运行在虚拟机中,运行时不能访问系统内存。这使Move可以在不信任的环境中安全运行,不会被破坏或滥用。

Move程序在堆栈上执行,全局存储被分为内存(堆)和全局变量(栈)两部分。内存是一阶存储,其单元不能存储指向内存单元的指针。全局变量用于存储指向内存单元的指针,但索引方式与内存不同。

Move的字节码指令在栈式解释器中执行。栈式虚拟机易于实现和控制,对硬件环境要求较少,适合区块链场景。相比寄存器式解释器,栈式解释器在变量间的copy和move操作更易控制和检测。

Move程序运行时状态为⟨C, M, G, S⟩四元组,包括调用栈(C)、内存(M)、全局变量(G)和操作数(S)。堆栈还维护函数表以解析包含函数体的指令。

MoveVM将数据存储和调用堆栈(过程逻辑)存储分开,这是与EVM最大的不同。在MoveVM中,用户状态(账户地址下的资源)独立存储,程序调用必须符合权限和资源相关的强制规则。这种设计牺牲了一定灵活性,但在安全性和执行效率(有助于实现并发执行)方面获得很大提升。

3. Move Prover

Move Prover是一种基于推理的形式化验证工具。它使用形式化语言描述程序行为,并用推理算法验证程序是否符合预期,帮助开发人员确保智能合约的正确性,减少交易风险。

Move Prover使用演绎验证算法验证程序是否符合预期。这意味着它可以根据已知信息推断程序行为,确保与预期行为匹配。这有助于保证程序正确性,减少人工手动测试工作量。

Move Prover的工作流程如下:

1. 接收Move源文件作为输入,该文件需设置程序输入规范。
2. Move Parser从源码中提取规范。
3. Move编译器将源文件编译为字节码,与规范系统共同转化为验证者对象模型。
4. 该模型被翻译成Boogie中间语言。
5. Boogie代码传入Boogie验证系统,生成验证条件。
6. 验证条件传入Z3求解器(微软研发的SMT求解器)。
7. Z3检查SMT公式是否不可满足。如果是,说明规范成立;否则生成满足条件的模型。
8. 将诊断报告还原为源码级错误。

Move使用Move Specification Language描述规范系统。它是Move语言的子集,支持静态描述程序正确性行为,不影响生产。可独立编写为专门的规约化文件,将业务代码和形式化验证代码分开。

Move Prover是一种有用的工具,可帮助开发人员确保智能合约正确性。它使用形式化语言描述程序行为,并用推理算法验证程序是否符合预期,有助于减少交易风险,使开发人员能更自信地将智能合约部署到生产环境。

4. 总结

Move语言在安全性设计上非常出色,在语言特性、虚拟机执行和安全工具层面都给出了全面考虑。语言特性牺牲了部分灵活性,强制类型检查和线性逻辑,便于编译检查和形式化验证的自动化和安全可验证性。MoveVM设计将状态与逻辑分开,更贴合区块链上资产安全管理需求。

在语言层面,Move可有效避免EVM常见的重入、溢出、Call/DelegateCall注入等漏洞。但鉴权、代码逻辑、大整数结构溢出等问题仍需开发者注意。Move Prover在整体大意疏忽时可能无法发挥作用。

虽然Move语言在安全层面为程序员考虑了很多,但没有完全安全的语言和程序。建议Move智能合约开发者使用第三方安全公司审计服务,并将specification部分代码的编写和验证交由第三方安全公司完成。