Vyper编程语言：特性、安全性与应用场景

  • cyfrin
  • 发布于 1天前
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本文详细介绍了Vyper编程语言，在智能合约开发中的安全性和简洁性，强调了其设计原则与核心特性。通过比较Vyper和Solidity，指出Vyper在安全优先和易审计性方面的优势，同时提供了安装Vyper的步骤和最佳实践，适合需要高安全性的区块链项目开发者。

Vyper 编程语言：智能合约开发者指南

学习 Vyper 以进行安全的智能合约开发。探索其功能、安全优势、与 Solidity 的比较、安装流程以及现实世界中的 DeFi 用例。

你知道吗，超过 7,959 个用 Vyper 编写的智能合约在领先的区块链上保护了超过 23 亿美元的锁定总价值（Total Value Locked, TVL）？要了解这一点的重要性，可以考虑到有 23 个国家的整个经济价值还不如这个数字。

一张图表显示了 Vyper 的锁定总价值（TVL）随时间的变化，2025 年 1 月 23 日达到峰值 23.33 亿美元。

来源：DeFiLlama

一张表列出了在各个区块链上 Vyper 合约的部署数量，包括以太坊、Avalanche 和 Arbitrum。

来源：Dune

虽然 Vyper 并没有像 Solidity 那样流行，但这个智能合约编程语言功能强大，特别适合在以太坊虚拟机（ EVM）兼容的网络上创建 智能合约。随着安全漏洞持续挑战 区块链 行业，Vyper 对简单性和安全性的专注使其成为开发者和 协议 的一个有吸引力的选择。

因此，这种面向合约的编程语言越来越受到欢迎。让我们探索一下它的具体含义及其对 智能合约开发 的功能价值。

什么是 Vyper 编程语言？

Vyper 是一种特意为 EVM 设计的 Python 风格编程语言。它于 2017 年创建，响应了智能合约开发中的安全担忧，强调了三个 核心原则：安全性、简单性和可审计性。

与 Solidity 不同，Vyper 有意限制某些编程特性，以减少潜在漏洞，增强代码安全性并促进审计。这一目标是确保安全、高效的智能合约的开发。

Vyper 的设计原则有助于实现这一目标：

  1. 安全第一：每个设计选择都优先考虑安全性，甚至不惜牺牲便利性，排除“风险”特性。

  2. 简约的特性集：有限的特性集减少了攻击面，使智能合约更安全、更容易审计。

  3. 类似 Python 的语法：简洁可读，Vyper 的 语法 使 Python 开发者容易理解。这降低了学习曲线，减少了错误。

  4. 强类型系统：Vyper 对变量、函数输入和输出进行了严格的类型检查。这防止了意外的类型转换，确保了合约的可预测性。

  5. 内置保护：Vyper 包含自动保护措施，如溢出检查、数组和字符串的边界验证、以及重入保护。这些减小了常见智能合约漏洞的风险。

这些基础原则为 Vyper 独特特性的实现奠定了基础，接下来我们将探讨这些特性。

Vyper 的核心特性

Vyper 的特性使其极为适合在 EVM 区块链上编写智能合约。

内置安全特性

该语言提供了一些基本的安全措施，以防止常见的漏洞：

  • 自动溢出检查：所有算术运算都会自动检查溢出条件，防止可能导致合约漏洞的数值错误。

  • 显式边界检查：数组和字符串操作包含内置的边界检查，消除其他语言中常见的缓冲区溢出漏洞。

  • Gas 限制保护：Vyper 允许精确计算 gas 消耗的上限。这有助于防止基于 gas 耗尽的拒绝服务（DoS）攻击。

  • 重入 保护：该语言包含防止 重入攻击 的内置保护，这是智能合约中常见的一种漏洞。

一张图表概述了 Vyper 的内置安全特性，如自动溢出检查、显式边界检查、gas 限制安全和重入保护。

这些内置的安全特性确实有可能带来一些缺点。

Vyper 的有意权衡以优先考虑安全性

通过专注于安全性和可审计性，Vyper 有意排除了许多在其他语言中常见的编程特性：

  1. 无函数重载：与 Solidity 或 Python 不同，Vyper 不允许多个同名但参数不同的函数。每个函数必须有唯一的名称，消除了歧义，简化了审计。

  2. 无操作符重载：与 Python 或 C++ 不同，Vyper 防止重新定义操作符，以避免隐藏逻辑风险。操作符保留标准行为，确保可预测性和安全性。

  3. 无递归调用：Vyper 编程语言完全消除了递归函数，以强制执行可预测的 gas 消耗并避免 gas 限制攻击。

  4. 无无限长度循环：编写 Vyper 智能合约时，所有循环必须具有固定的边界。这确保了 gas 限制可以被精确计算，防止 DoS 攻击。

  5. 无修饰符：函数修饰符，允许隐藏前提条件、后条件或 状态 更改，被排除。相反，内联 assert 声明使代码更易于阅读和审计。

  6. 无类继承：不包括继承简化了程序理解，并消除了跟踪多个文件或优先规则之间行为的需求。

  7. 无内联汇编：防止引入难以跟踪的低级操作，保持了代码的可读性和可追溯性。

现在你已经对 Vyper 编程语言有了一个高层的理解，接下来看看如何开始构建 Vyper。

安装 Vyper

要使用 Vyper，你必须设置开发环境。以下是一步一步的指南，帮助你开始：

前提条件

首先，确保你的设置满足最低要求：

  1. Python 环境：

    • 安装 Python 3.6 或更高版本
    • 可用的 Python 套件安装管理器（ uv， pip）
    • 虚拟环境（建议）

  2. 开发工具：

    • Git（用于版本控制）
    • 支持 Python 的代码编辑器
    • 命令行接口（CLI）访问

安装方法

使用 uv（推荐）

由于 Vyper 是一个命令行工具，因此我们应该在其自己的虚拟隔离环境中安装 Vyper。这样，如果你下载其他 Python 工具，就不会遇到依赖管理问题。例如，如果你有一个依赖 3.10 版本 Vyper 的 Python 项目，但你想在命令行中使用 4.0 版本的 Vyper，你可以让你的项目使用 3.10，因为命令行的 Vyper 是隔离的！

uv tool install vyper

## 验证安装
vyper --version

但是，如果你想将 Vyper 添加到 Python 项目中，可以运行：

uv venv
source .venv/bin/activate
uv add vyper

## 验证安装
vyper --version
使用 pip

此方法直接从 Python 包索引（PyPI）安装 Vyper。Pip 是人们在 Python 虚拟环境中安装软件包的最常用方式。

## 创建并激活虚拟环境（推荐）
python -m venv vyper-env
source vyper-env/bin/activate  # 在 Windows 上：vyper-env\Scripts\activate

## 安装 Vyper
pip install vyper

## 验证安装
vyper --version

安全提示：一个 隔离的开发环境 确保依赖项与系统安装保持分离。这减少了与其他 Python 项目之间发生冲突的风险，以及潜在恶意 Python 脚本被运行的风险。

使用 Docker

Docker 允许你在容器化环境中运行 Vyper，避免将其直接安装在你的计算机上，同时提高安全性。因此，如果你想要一个干净、便携的设置，而又不修改本地环境，这是一种理想选择。

## 拉取最新的 Vyper Docker 镜像
docker pull vyperlang/vyper

## 在容器中运行 Vyper
docker run -v $(pwd):/code vyperlang/vyper /code/your_contract.vy

这种方法在处理多个项目或与其他人协作时尤其有用。

从源代码构建

一些开发者可能希望获取最新特性或为 Vyper 的开发作出贡献。在这种情况下，从源代码构建 编译器 是最佳选择。

## 克隆仓库
git clone https://github.com/vyperlang/vyper.git
cd vyper

## 安装依赖
pip install -e .

这种方法提供了对最新更新的访问，并允许你探索 Vyper 编译器的内部材料。然而，这可能比预构建选项需要更多的维护。

所以，选择最适合你开发需求和工作流程的方法。

安装后设置

安装 Vyper 后，完成以下步骤：

  1. 配置你的集成开发环境（IDE）：

    • 安装 Vyper 语法高亮扩展（例如 tintinweb 和 trocher）

    • 设置代码检查工具（分析代码的错误、漏洞、风格问题或可疑构造的程序或扩展）

    • 配置编译设置，使你能够直接在 IDE 中编译 Vyper 代码，从而简化开发工作流程。

  2. 设置开发工具：

    • 安装测试框架，如 Foundry 或 Moccasin，以简化 Vyper 智能合约的开发和测试。尤其是，Moccasin 提供了一种 Python 风格的方式来管理合约的部署和测试，且与 Vyper 完美集成。

    • 配置你的部署工具，以简化与区块链的交互、管理部署参数和监控结果。

    • 设置本地区块链环境。这是一个在你的计算机上本地运行的模拟区块链，例如 Foundry 的 anvil。它允许你开发、测试和调试智能合约，而无需与实时网络交互。这种方法节省时间，避免不必要的成本。

现在你可以开始编写代码了。

用 Vyper 编写智能合约

让我们探讨一个如何使用 Vyper 编程语言编写智能合约的示例。该合约实现了一个基本的 ERC-20 代币，并附带几个安全特性：

## pragma version 0.4.0
"""
@license MIT
@title ERC20
@author You!
@dev 这是一个基本（不完全正确）的 ERC20 合约
"""

## 合约状态变量
owner: public(address)
total_supply: public(uint256)
balances: public(HashMap[address, uint256])
allowances: public(HashMap[address, HashMap[address, uint256]])

## 跟踪合约活动的事件
event Transfer:
    sender: indexed(address)
    receiver: indexed(address)
    amount: uint256

event Approval:
    owner: indexed(address)
    spender: indexed(address)
    amount: uint256

@deploy
def __init__(_total_supply: uint256):
    """
    @notice 初始化代币合约
    @param _total_supply 代币的初始总供应量
    """
    self.owner = msg.sender
    self.total_supply = _total_supply
    self.balances[msg.sender] = _total_supply

@external
def transfer(_to: address, _value: uint256) -> bool:
    """
    @notice 将代币转账到另一个地址
    @param _to 收件人地址
    @param _value 要转移的代币数量
    @return 转账成功与否
    """
    assert self.balances[msg.sender] >= _value, "余额不足"
    assert _to != empty(address), "无法转账到零地址"

    self.balances[msg.sender] -= _value
    self.balances[_to] += _value
    log Transfer(msg.sender, _to, _value)
    return True

@external
def approve(_spender: address, _value: uint256) -> bool:
    """
    @notice 授权地址代为支出代币
    @param _spender 需要被授权的地址
    @param _value 被授权的代币数量
    @return 授权成功与否
    """
    assert _spender != empty(address), "无法授权零地址"

    self.allowances[msg.sender][_spender] = _value
    log Approval(msg.sender, _spender, _value)
    return True

理解 Vyper 的代码结构

  1. 状态变量

    • 清晰的可见性修饰符使用 public 确保透明性：可见性修饰符决定了变量可以如何以及在哪里被访问。public 允许变量被外部读取。

    • 所有变量均显式声明类型，以增强安全性：定义显式数据类型（如 uint256, address）防止由于类型不匹配引起的意外行为。这也帮助合约按预期运作。

    • 使用 HashMaps 通过优化数据结构进行高效存储：HashMap 是一种键值存储结构，用于存储余额和授权。它允许快速查找，是管理像用户账户这样的复杂数据集的高效工具。

  2. 事件

    • 索引参数方便高效过滤：事件中的索引参数允许日志轻松查询和过滤。因此，用户和第三方工具能够跟踪活动，如账户之间的转账。

    • 清晰记录转账和批准活动：像 Transfer 和 Approval 这样的事件明确记录代币的运动和权限。这使得开发者和审计者更容易跟踪合约的行为。

    • 标准化事件结构以提高互操作性：使用广为人知的事件格式确保与外部工具和平台（例如区块链浏览器或钱包）的兼容性。

  3. 功能

    • 内置安全检查防止常见漏洞：函数确保在转账前检查足够的余额或验证收件人地址是否有效。这些措施防止了典型问题，如超额度支出或转移到无效地址。

    • 清晰的错误消息帮助调试失败的断言：错误消息描述了失败的原因。这帮助开发者快速识别并修复测试或审计过程中的问题。

那么，Vyper 和 Solidity 之间有何区别？

Vyper vs Solidity：全面比较

Vyper 和 Solidity 都是与 EVM 兼容的智能合约语言，但它们满足不同的需求。了解它们的区别有助于开发者选择正确的工具。

  • 语法和学习曲线：Solidity 的语法类似于 C++ 和 JavaScript。相比之下，Vyper 受 Python 启发的语法广泛使用，更简单、更易于理解。使其特别适合初学者或具 Python 背景的人。

  • 灵活性与简单性：Solidity 提供了多种特性，包括动态 数组、继承和修饰符，使开发者能够构建高度可定制和复杂的智能合约。然而，这种灵活性带来了更陡峭的学习曲线和更大的潜在漏洞风险。另一方面，Vyper 通过设计有意牺牲了许多这些特性，以优先考虑清晰性、可预测性和安全性。这确保了代码更易于审计和维护。

  • 工具和社区支持：Solidity 受益于广泛的社区支持、大量活跃开发者的生态系统、Remix 等工具及 OpenZeppelin 的合约库，以及全面的文档。而 Vyper 虽在成长，但工具和社区支持较少。这可能给寻找现成解决方案的开发者带来挑战。

  • 安全特性：Vyper 有意排除的特性最小化了攻击面。这使其成为项目安全至关重要的理想选择。Solidity 尽管灵活，但需要开发者手动实现这些保护措施，增加了人为错误的风险。

  • 字节码效率与 gas 成本：Vyper 拒绝允许动态大小的变量意味着它不需要在字节码级别保持一个 自由内存指针。这可能使 Vyper 合约在某些场景中稍微节省 gas。不过，两者都不如像 Huff 和 Yul 等低级语言优化，这些语言通过降低抽象层次来减少 gas 成本。

一张并排的表格，比较 Vyper 和 Solidity 的语法、灵活性、安全性、工具、社区支持、代码可读性、用例和字节码效率。

尽管这两种语言都编译为 EVM 字节码，但它们的用途不同。Solidity 在灵活性和生态系统支持方面表现卓越，而 Vyper 优先考虑清晰性和可靠性。因此，在需要强大且易于审计的代码的项目中，Vyper 是一个有力的选择。

现在，让我们看看 Vyper 在实践中的应用。

使用 Vyper 编程语言的现实应用

去中心化金融（DeFi）

  • Curve Finance 使用 Vyper 用于其自动化市场制造商（ AMM）合约。该平台特别选择 Vyper 用于其数学密集型稳定币交易池，原因包括：

    • 更好地处理金融计算中的小数点精度
    • 对于大型数值操作提供内置溢出保护
    • 更清晰的代码组织以简化复杂数学公式

  • Lido Finance 使用 Vyper 进行安全高效的质押合约，并已投资 30 万美元用于 Vyper 的开发，以实现：

    • 更强的安全性，降低质押合约的风险
    • 提高可靠性，支持审计和漏洞奖励机制

安全关键应用

  • 使用 Vyper 构建的 多重签名钱包 （如 SuperSig）受益于：

    • 简化的代码流使得安全审计更为直观
    • 清晰的状态变量管理，用于跟踪拥有者权限
    • 明确的函数声明，防止签名验证被绕过

  • 代币归属合约，如 Yearn Finance 的归属托管合约，选择 Vyper 是由于：

    • 基于时间的计算受益于 Vyper 精确的小数处理
    • 锁定期限清晰明确定义，易于审计
    • gas 优化功能有助于减少分发成本

在使用 Vyper 构建时，有几个事项需要牢记。

Vyper 开发的最佳实践

在创建基于 Vyper 的以太坊智能合约时，遵循已建立的最佳实践，以确保安全性和效率。

开发智能合约时，应将安全性作为首要重点。以下是需要遵循的重要实践：

  1. 开发工作流程：
  • 始终使用最新的 Vyper 版本，以便从安全更新中受益
  • 针对所有可能的场景实施全面错误处理
  • 遵循既定的 gas 优化模式
  • 保持清晰且全面的文档
  • 使用版本控制及适当的代码审查流程
  1. 代码审计：
  • 在开发过程中定期进行安全审计
  • 对所有代码路径实施全面的测试覆盖
  • 执行 gas 优化审查，以确保高效运行
  • 充分测试边界条件
  • 验证所有数学操作的准确性

那么，你怎么开始学习 Vyper？

在哪里学习 Vyper 编程语言？

要学习 Vyper，以下资源提供全面的指南和课程：

  • Cyfrin Updraft 提供了一系列面向不同熟练程度的课程：

  • Vyper 通过示例：一个示例库和视频解释，演示 Vyper 的运作（由 Cyfrin 提供支持）。

  • Vyper 的官方 文档 提供了对语法、功能和最佳实践的详细解释。这使其成为各级开发者的重要参考。

  • Vyper.fun：一个互动平台，你可以通过构建宝可梦游戏来学习 Vyper，使学习过程既有趣又具有实践性。

这些资源汇聚在一起，为掌握 Vyper 提供了坚实的基础，满足不同学习偏好和技能水平。

结论

Vyper 是开发安全智能合约的强大工具。它为关键区块链项目提供无与伦比的安全性、清晰性和可审计性。尽管不是 Solidity 的完全替代品，但在安全性和代码简单性优先的情况下，这是理想选择。

所以，提高你的智能合约开发技能，今天就 开始学习 Vyper 在 Cyfrin Updraft！

  • 原文链接： cyfrin.io/blog/vyper-pro...
  • 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～
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