在弱表达 UTXO 区块链上安全编译富智能合约

自 Ethereum 以来的大多数区块链平台将智能合约呈现为有状态反应式对象，它们响应交易更新自身状态并转移加密资产。该设计的一个缺陷是，当用户提交交易时，无法预测其将在何种状态下执行。这使用户暴露于交易排序攻击——一类广泛的攻击，其中具有构建交易块能力的对手可从智能合约中提取价值（即所谓的 MEV 攻击）。UTXO 模型是一种替代区块链设计，它通过要求新交易花费过往交易来阻止这些攻击：由于交易具有唯一标识符，重排序攻击无效。当前遵循 UTXO 模型的区块链要么提供有限表达力的合约（Bitcoin），要么需要复杂的运行时环境（Cardano）。我们提出 ILLUM，一种用于 UTXO 模型的中间级语言（Intermediate-Level Language for the UTXO Model）。ILLUM 可表达现实世界智能合约，例如去中心化金融（Decentralized Finance）中的合约。我们定义了一种从 ILLUM 到具有无循环脚本的准系统 UTXO 区块链的编译器。我们的编译目标仅需要对 Bitcoin Script 做最小扩展：特别地，我们利用 covenant（一种沿交易链保留脚本的机制）。我们证明了编译器的安全性：即任何针对编译后合约的攻击在 ILLUM 层级上也可被观测到。因此，编译器不会引入源 ILLUM 合约中原本不存在的新漏洞。我们评估了 ILLUM 作为高级语言编译目标的实用性。为此，我们实现了一个受 Solidity 启发的合约语言到 ILLUM 的编译器，并将其应用于基准或现实世界智能合约。