通过链下签名授权实现更少 Gas 的 ERC20代币

• 译文出自：登链翻译计划[1]
• 译者：Tiny熊[2]

解锁消耗到了大量的 gas

每个人都在谈论 “无gas” 的以太坊交易，因为没有人喜欢支付gas费用。但是以太坊网络的运行正是因为交易是付费的。那么，你怎么才能“无gas”交易呢? 这是什么法术?

在本文中，我将展示如何使用 “无 gas” 交易背后的模式。你会发现，尽管以太坊没有免费的午餐之类的东西，但是你可以通过有趣的方式改变 gas 成本。

通过运用本文中的知识，你的用户将节省大量 gas，享受更好的用户体验，甚至可以在你的智能合约中构建新颖的委派模式。

可是等等！还有更多！为方便起见，我将所需的所有工具都放在了此存储库[3]中。因此，现在你实现 “无 gas” 代币的障碍就突然降低了很多。

让我们开始吧。

背景

我不得不承认，即使我知道如何在智能合约中实现“无 gas”交易，但对于使它们成为可能的密码学我也知之甚少。那对我来说不是障碍，所以对你也不应该是。

据我所知，私钥用于签署发送给以太坊的交易，一些密码学魔术用于将我（签名者）识别为msg.sender。这支撑了以太坊中所有访问控制。

“无 gas” 交易背后的法宝是，我可以使用我的私钥和要执行的智能合约交易进行签名。

签名是在链下进行的，而无需花费任何 gas。然后，我可以将此签名交给其他人，以他们的名义代表我执行交易。

签名函数通常就是常规合约方法，但会使用其他签名参数进行扩展。例如，在dai.sol[4]中，我们有授权（approve）函数：

function approve(address usr, uint wad) external returns (bool)

我们还具有permit许可函数，该功能与approve函数相同，但是将签名作为参数。

function permit(address holder, address spender, uint256 nonce, uint256 expiry, bool allowed, uint8 v, bytes32 r, bytes32 s) external

不用担心所有这些额外的参数，我们将介绍它们。你需要注意的是这两个函数都使用allowance映射执行的操作：

function approve(address usr, uint wad) external returns (bool)
{
  allowance[msg.sender][usr] = wad;
  …
}

function permit(
  address holder, address spender,
  uint256 nonce, uint256 expiry, bool allowed,
  uint8 v, bytes32 r, bytes32 s
) external {
  …
  allowance[holder][spender] = wad;
  …
}

如果使用approve，则允许spender最多使用wad个代币。

如果你给某人提供有效的签名，则该人可以调用permit以允许spender 使用你的代币。

因此，基本上，“无 gas”交易背后的模式是制作可以提供给某人的签名，以便他们可以安全地执行特殊交易。这就像授予某人执行函数的权限。

这是一种授权模式。

标准

如果你像我一样，那么你要做的第一件事就是深入研究代码。我立即注意到此注释：

// — — EIP712 niceties — -

有了这个，我钻进了兔子洞[5]，却无望地迷路了。现在，我已经理解了，我可以用简单的方式来解释它。

EIP712[6]描述了如何以通用方式构建函数签名。其他EIP描述了如何将EIP712[7]应用。例如，EIP2612[8]描述了如何使用EIP712[9]的签名应用于permit函数，其功能应与ERC20代币中的approve功能相同。

如果你只想实现之前提到的签名功能，例如将签名批准添加到自己的MetaCoin，则可以阅读EIP2612[10] ，你甚至可以继承实现过的合约，并减轻生活压力。

在本文中，我们将研究dai.sol[11]中“无 gas”交易的实现。这将使事情变得清晰。dai.sol[12]实现发生在EIP2612[13]之前，会略有不同。那不会有问题。

签名组成

EIP712[14]签名的早期实现可以在dai.sol[15]源码中找到 。它允许Dai持有人通过计算链下签名并将其提供给支出者（spender）来批准转账交易，而不是自己调用approve函数。

它包含下面几个部分：

1. 一个 DOMAIN_SEPARATOR .
2. 一个 PERMIT_TYPEHASH .
3. 一个 nonces 变量.
4. 一个 permit 函数.

这是DOMAIN_SEPARATOR，和相关变量：

string  public constant name     = "Dai Stablecoin";
string  public constant version  = "1";
bytes32 public DOMAIN_SEPARATOR;
constructor(uint256 chainId_) public {
  ...
  DOMAIN_SEPARATOR = keccak256(abi.encode(
    keccak256(
      "EIP712Domain(string name,string version," + 
      "uint256 chainId,address verifyingContract)"
    ),
    keccak256(bytes(name)),
    keccak256(bytes(version)),
    chainId_,
    address(this)
  ));
}

DOMAIN_SEPARATOR只不过是唯一标识智能合约的哈希。它是由EIP712域（EIP712Domain）的字符串，包含代币合约的名称，版本，所在的chainId以及合约部署的地址构成。

所有这些信息都在构造函数上进行hash 运算赋值到DOMAIN_SEPARATOR变量中，该变量在创建线下签名时由持有人使用，并且在执行permit时需要匹配。这样可以确保签名仅对一个合约有效。

这是PERMIT_TYPEHASH：

PERMIT_TYPEHASH 是函数名称(大写开头)和所有参数(包括类型和名称)的哈希。目的是清楚地标志签名的函数。

签名将在permit函数中处理，如果使用的PERMIT_TYPEHASH不是该特定函数的签名，它将回退交易。这样可以确保仅将签名用于预期的功能。

然后是nonces映射：

mapping (address => uint) public nonces;

该映射记录了特定持有人已使用了多少次签名。创建签名时，需要包含一个nonces值。执行permit时，所包含的nonce 值必须与该持有人到目前为止使用的签名数完全匹配。这样可以确保每个签名仅使用一次。

所有这三个条件，即PERMIT_TYPEHASH，DOMAIN_SEPARATOR和nonce，确保每个签名仅用于预期的合约，预期的函数，并且仅使用一次。

现在，让我们看看如何在智能合约中处理签名。

permit 函数

permit是dai.sol[16]里实现的函数，允许使用签名来修改持有人的 allowance对spender授权的数量。

// --- 通过签名授权 ---
function permit(
  address holder, address spender,
  uint256 nonce, uint256 expiry, bool allowed,
  uint8 v, bytes32 r, bytes32 s
) external;

如你所见，permit有很多参数。它们是计算签名所需的所有参数，加上签名本身就是v，r和s。

你需要用参数创建签名似乎很愚蠢，但是你确实需要。因为仅能从签名中恢复签名的地址。我们将使用所有参数和恢复的地址来确保签名有效。

首先，我们使用确保安全性所需的所有参数来计算digest。作为签名创建的一部分，holder将需要在链下计算出完全相同的digest：

bytes32 digest =
  keccak256(abi.encodePacked(
    "\x19\x01",
    DOMAIN_SEPARATOR,
    keccak256(abi.encode(
      PERMIT_TYPEHASH,
      holder,
      spender,
      nonce,
      expiry,
      allowed
    ))
  ));

使用ecrecover和v，r，s签名，我们可以恢复地址。如果它是holder的地址，我们知道所有参数都匹配DOMAIN_SEPARATOR，PERMIT_TYPEHASH，nonce，holder，spender，expiry和allowed。哪怕是任何一点内容没匹配，则签名被拒绝：

require(holder == ecrecover(digest, v, r, s), "Dai/invalid-permit");

请注意这里。签名中有许多参数，其中一些参数有点模糊，例如chainId (它是 DOMAIN_SEPARATOR 的一部分)。它们中的任何一个不匹配都会导致签名被拒绝，并带有完全相同的错误提示，这让链下调试签名很困难。

现在我们知道 holder 批准了这个函数调用。接下来，我们将证明签名没有被滥用。我们检查当前时间是否在 expiry（过期）之前，这保证了仅在特定时间内许可有效。

require(expiry == 0 || now <= expiry, "Dai/permit-expired");

我们还会检查签名中的 nonce ，以便每个签名只能使用一次。

require(nonce == nonces[holder]++, "Dai/invalid-nonce");

这些检查都通过了！dai.sol[17]使spender可以使用的holder的代币数量设置为最大值（即allowance设置为最大），并触发一个事件，仅此而已。

uint wad = allowed ? uint(-1) : 0;
allowance[holder][spender] = wad;
emit Approval(holder, spender, wad);

dai.sol[18]合约对 allowance 使用的是二分法设置（译者注：要么是最大，要么是 0）， 在代码库[19]，有更传统的方法。

创建链下签名

创建签名也许需要通过一些实践才可以掌握它。我们将分三步复制智能合约中permit的功能：

1. 生成 DOMAIN_SEPARATOR
2. 生成 digest
3. 创建交易签名

以下函数将生成 DOMAIN_SEPARATOR。它与dai.sol[20]构造函数中的代码相同，但在JavaScript中实现，并使用ethers.js[21]的keccak256，defaultAbiCoder和toUtfBytes，它需要代币名称和部署地址，以及chainId。假定代币版本为“1”。

以下函数将为特定的permit调用生成digest。注意，holder，spender，nonce 和 expiry作为参数传递。为了清楚起见，它还传递了一个 approve.allowed 参数，尽管你可以将其始终设置为 true，否则签名将被拒绝。从刚刚dai.sol[22]复制PERMIT_TYPEHASH。

一旦我们有了digest，对其进行签名就相对容易了。我们从[digest]中删除0x前缀后，使用ethereumjs-util[23]中的ecsign。请注意，我们需要用户私钥才能执行此操作。

在代码中，我们将按以下方式调用这些函数：

请注意，对permit的调用需要重用用于创建digest的所有参数。只有在这种情况下，签名才有效。

还要注意的是，此代码段中仅有的两个交易是由user2调用的。user1是holder，是创建digest并签名的用户。但是，user1并没有花费任何gas。

user1将签名提供给user2，后者使用它来执行user1授权的 permit 和transferFrom。

从 user1的角度来看，这是一次“无 gas”交易， 他没有花一分钱。

结论

本文介绍了如何使用“无Gas”交易，阐明了“无Gas”实际上意味着将Gas成本转移给其他人。为此，我们需要一个智能合约中的功能，该功能可以处理预先签署的交易，并且需要进行大量的数据检验以确保一切安全。

但是，使用此模式有很多好处，因此，它被广泛使用。签名允许将交易 gas 成本从用户转移到服务提供商，从而在许多情况下消除了相当大的障碍。它还允许实现更高级的委派模式，通常会对UX进行相当大的改进。

已为您提供入门代码库[24]，请使用它。

本翻译由 Cell Network[25] 赞助支持。

原文链接：https://hackernoon.com/how-to-code-gas-less-tokens-on-ethereum-43u3ew4

作者：@albertocuestacanada[26]

参考资料

[1]

登链翻译计划: https://github.com/lbc-team/Pioneer

[2]

Tiny熊: https://learnblockchain.cn/people/15

[3]

此存储库: https://github.com/albertocuestacanada/ERC20Permit?ref=learnblockchain.cn

[4]

dai.sol: https://github.com/makerdao/dss/blob/master/src/dai.sol?ref=learnblockchain.cn

[5]

钻进了兔子洞: https://learnblockchain.cn/docs/eips/eip-712.html

[6]

EIP712: https://learnblockchain.cn/docs/eips/eip-712.html

[7]

EIP712: https://learnblockchain.cn/docs/eips/eip-712.html

[8]

EIP2612: https://github.com/ethereum/EIPs/blob/master/EIPS/eip-2612.md?ref=learnblockchain.cn

[9]

EIP712: https://learnblockchain.cn/docs/eips/eip-712.html

[10]

EIP2612: https://github.com/ethereum/EIPs/blob/master/EIPS/eip-2612.md?ref=learnblockchain.cn

[11]

dai.sol: https://github.com/makerdao/dss/blob/master/src/dai.sol?ref=learnblockchain.cn

[12]

dai.sol: https://github.com/makerdao/dss/blob/master/src/dai.sol?ref=learnblockchain.cn

[13]

EIP2612: https://github.com/ethereum/EIPs/blob/master/EIPS/eip-2612.md?ref=learnblockchain.cn

[14]

EIP712: https://github.com/ethereum/EIPs/blob/master/EIPS/eip-712.md?ref=learnblockchain.cn

[15]

dai.sol: https://github.com/makerdao/dss/blob/master/src/dai.sol

[16]

dai.sol: https://github.com/makerdao/dss/blob/master/src/dai.sol?ref=learnblockchain.cn

[17]

dai.sol: https://github.com/makerdao/dss/blob/master/src/dai.sol?ref=learnblockchain.cn

[18]

dai.sol: https://github.com/makerdao/dss/blob/master/src/dai.sol?ref=learnblockchain.cn

[19]

代码库: https://github.com/albertocuestacanada/ERC20Permit?ref=learnblockchain.cn

[20]

dai.sol: https://github.com/makerdao/dss/blob/master/src/dai.sol?ref=learnblockchain.cn

[21]

ethers.js: https://learnblockchain.cn/docs/ethers.js/

[22]

dai.sol: https://github.com/makerdao/dss/blob/master/src/dai.sol?ref=learnblockchain.cn

[23]

digest]中删除0x前缀后，使用[ethereumjs-util: https://github.com/ethereumjs/ethereumjs-util?ref=learnblockchain.cn

[24]

代码库: https://github.com/albertocuestacanada/ERC20Permit?ref=learnblockchain.cn

[25]

Cell Network: https://www.cellnetwork.io/?utm_souce=learnblockchain

[26]

@albertocuestacanada: https://hackernoon.com/u/albertocuestacanada