【从0学习Solidity】 50. 多签钱包

【从0学习Solidity】50. 多签钱包

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V神曾说过,多签钱包要比硬件钱包更加安全(推文)。这一讲,我们将介绍多签钱包,并且写一个极简版多签钱包合约。教学代码(150行代码)由gnosis safe合约(几千行代码)简化而成。

【从0学习Solidity】 50. 多签钱包_第1张图片

多签钱包

多签钱包是一种电子钱包,特点是交易被多个私钥持有者(多签人)授权后才能执行:例如钱包由3个多签人管理,每笔交易需要至少2人签名授权。多签钱包可以防止单点故障(私钥丢失,单人作恶),更加去中心化,更加安全,被很多DAO采用。

Gnosis Safe多签钱包是以太坊最流行的多签钱包,管理近400亿美元资产,合约经过审计和实战测试,支持多链(以太坊,BSC,Polygon等),并提供丰富的DAPP支持。更多信息可以阅读我在21年12月写的Gnosis Safe使用教程。

多签钱包合约

在以太坊上的多签钱包其实是智能合约,属于合约钱包。下面我们写一个极简版多签钱包MultisigWallet合约,它的逻辑非常简单:

  1. 设置多签人和门槛(链上):部署多签合约时,我们需要初始化多签人列表和执行门槛(至少n个多签人签名授权后,交易才能执行)。Gnosis Safe多签钱包支持增加/删除多签人以及改变执行门槛,但在咱们的极简版中不考虑这一功能。

  2. 创建交易(链下):一笔待授权的交易包含以下内容

    • to:目标合约。
    • value:交易发送的以太坊数量。
    • data:calldata,包含调用函数的选择器和参数。
    • nonce:初始为0,随着多签合约每笔成功执行的交易递增的值,可以防止签名重放攻击。
    • chainid:链id,防止不同链的签名重放攻击。
  3. 收集多签签名(链下):将上一步的交易ABI编码并计算哈希,得到交易哈希,然后让多签人签名,并拼接到一起的到打包签名。对ABI编码和哈希不了解的,可以看WTF Solidity极简教程第27讲和第28讲。

    交易哈希: 0xc1b055cf8e78338db21407b425114a2e258b0318879327945b661bfdea570e66
    
    多签人A签名: 0x014db45aa753fefeca3f99c2cb38435977ebb954f779c2b6af6f6365ba4188df542031ace9bdc53c655ad2d4794667ec2495196da94204c56b1293d0fbfacbb11c
    
    多签人B签名: 0xbe2e0e6de5574b7f65cad1b7062be95e7d73fe37dd8e888cef5eb12e964ddc597395fa48df1219e7f74f48d86957f545d0fbce4eee1adfbaff6c267046ade0d81c
    
    打包签名:
    0x014db45aa753fefeca3f99c2cb38435977ebb954f779c2b6af6f6365ba4188df542031ace9bdc53c655ad2d4794667ec2495196da94204c56b1293d0fbfacbb11cbe2e0e6de5574b7f65cad1b7062be95e7d73fe37dd8e888cef5eb12e964ddc597395fa48df1219e7f74f48d86957f545d0fbce4eee1adfbaff6c267046ade0d81c
    
  4. 调用多签合约的执行函数,验证签名并执行交易(链上)。对验证签名和执行交易不了解的,可以看WTF Solidity极简教程第22讲和第37讲。

事件

MultisigWallet合约有2个事件,ExecutionSuccessExecutionFailure,分别在交易成功和失败时释放,参数为交易哈希。

    event ExecutionSuccess(bytes32 txHash);    // 交易成功事件
    event ExecutionFailure(bytes32 txHash);    // 交易失败事件

状态变量

MultisigWallet合约有5个状态变量:

  1. owners:多签持有人数组
  2. isOwneraddress => bool的映射,记录一个地址是否为多签持有人。
  3. ownerCount:多签持有人数量
  4. threshold:多签执行门槛,交易至少有n个多签人签名才能被执行。
  5. nonce:初始为0,随着多签合约每笔成功执行的交易递增的值,可以防止签名重放攻击。
    address[] public owners;                   // 多签持有人数组 
    mapping(address => bool) public isOwner;   // 记录一个地址是否为多签持有人
    uint256 public ownerCount;                 // 多签持有人数量
    uint256 public threshold;                  // 多签执行门槛,交易至少有n个多签人签名才能被执行。
    uint256 public nonce;                      // nonce,防止签名重放攻击

函数

MultisigWallet合约有6个函数:

  1. 构造函数:调用_setupOwners(),初始化和多签持有人和执行门槛相关的变量。

    // 构造函数,初始化owners, isOwner, ownerCount, threshold 
    constructor(        
        address[] memory _owners,
        uint256 _threshold
    ) {
        _setupOwners(_owners, _threshold);
    }
    
  2. _setupOwners():在合约部署时被构造函数调用,初始化ownersisOwnerownerCountthreshold状态变量。传入的参数中,执行门槛需大于等于1且小于等于多签人数;多签地址不能为0地址且不能重复。

    /// @dev 初始化owners, isOwner, ownerCount,threshold 
    /// @param _owners: 多签持有人数组
    /// @param _threshold: 多签执行门槛,至少有几个多签人签署了交易
    function _setupOwners(address[] memory _owners, uint256 _threshold) internal {
        // threshold没被初始化过
        require(threshold == 0, "WTF5000");
        // 多签执行门槛 小于 多签人数
        require(_threshold <= _owners.length, "WTF5001");
        // 多签执行门槛至少为1
        require(_threshold >= 1, "WTF5002");
    
        for (uint256 i = 0; i < _owners.length; i++) {
            address owner = _owners[i];
            // 多签人不能为0地址,本合约地址,不能重复
            require(owner != address(0) && owner != address(this) && !isOwner[owner], "WTF5003");
            owners.push(owner);
            isOwner[owner] = true;
        }
        ownerCount = _owners.length;
        threshold = _threshold;
    }
    
  3. execTransaction():在收集足够的多签签名后,验证签名并执行交易。传入的参数为目标地址to,发送的以太坊数额value,数据data,以及打包签名signatures。打包签名就是将收集的多签人对交易哈希的签名,按多签持有人地址从小到大顺序,打包到一个[bytes]数据中。这一步调用了encodeTransactionData()编码交易,调用了checkSignatures()检验签名是否有效、数量是否达到执行门槛。

    /// @dev 在收集足够的多签签名后,执行交易
    /// @param to 目标合约地址
    /// @param value msg.value,支付的以太坊
    /// @param data calldata
    /// @param signatures 打包的签名,对应的多签地址由小到达,方便检查。 ({bytes32 r}{bytes32 s}{uint8 v}) (第一个多签的签名, 第二个多签的签名 ... )
    function execTransaction(
        address to,
        uint256 value,
        bytes memory data,
        bytes memory signatures
    ) public payable virtual returns (bool success) {
        // 编码交易数据,计算哈希
        bytes32 txHash = encodeTransactionData(to, value, data, nonce, block.chainid);
        nonce++;  // 增加nonce
        checkSignatures(txHash, signatures); // 检查签名
        // 利用call执行交易,并获取交易结果
        (success, ) = to.call{value: value}(data);
        require(success , "WTF5004");
        if (success) emit ExecutionSuccess(txHash);
        else emit ExecutionFailure(txHash);
    }
    
  4. checkSignatures():检查签名和交易数据的哈希是否对应,数量是否达到门槛,若否,交易会revert。单个签名长度为65字节,因此打包签名的长度要长于threshold * 65。调用了signatureSplit()分离出单个签名。这个函数的大致思路:

    • 用ecdsa获取签名地址.
    • 利用 currentOwner > lastOwner 确定签名来自不同多签(多签地址递增)。
    • 利用isOwner[currentOwner]确定签名者为多签持有人。
    /**
     * @dev 检查签名和交易数据是否对应。如果是无效签名,交易会revert
     * @param dataHash 交易数据哈希
     * @param signatures 几个多签签名打包在一起
     */
    function checkSignatures(
        bytes32 dataHash,
        bytes memory signatures
    ) public view {
        // 读取多签执行门槛
        uint256 _threshold = threshold;
        require(_threshold > 0, "WTF5005");
    
        // 检查签名长度足够长
        require(signatures.length >= _threshold * 65, "WTF5006");
    
        // 通过一个循环,检查收集的签名是否有效
        // 大概思路:
        // 1. 用ecdsa先验证签名是否有效
        // 2. 利用 currentOwner > lastOwner 确定签名来自不同多签(多签地址递增)
        // 3. 利用 isOwner[currentOwner] 确定签名者为多签持有人
        address lastOwner = address(0); 
        address currentOwner;
        uint8 v;
        bytes32 r;
        bytes32 s;
        uint256 i;
        for (i = 0; i < _threshold; i++) {
            (v, r, s) = signatureSplit(signatures, i);
            // 利用ecrecover检查签名是否有效
            currentOwner = ecrecover(keccak256(abi.encodePacked("\x19Ethereum Signed Message:\n32", dataHash)), v, r, s);
            require(currentOwner > lastOwner && isOwner[currentOwner], "WTF5007");
            lastOwner = currentOwner;
        }
    }
    
  5. signatureSplit():将单个签名从打包的签名分离出来,参数分别为打包签名signatures和要读取的签名位置pos。利用了内联汇编,将签名的rs,和v三个值分离出来。

    /// 将单个签名从打包的签名分离出来
    /// @param signatures 打包签名
    /// @param pos 要读取的多签index.
    function signatureSplit(bytes memory signatures, uint256 pos)
        internal
        pure
        returns (
            uint8 v,
            bytes32 r,
            bytes32 s
        )
    {
        // 签名的格式:{bytes32 r}{bytes32 s}{uint8 v}
        assembly {
            let signaturePos := mul(0x41, pos)
            r := mload(add(signatures, add(signaturePos, 0x20)))
            s := mload(add(signatures, add(signaturePos, 0x40)))
            v := and(mload(add(signatures, add(signaturePos, 0x41))), 0xff)
        }
    }
    
  6. encodeTransactionData():将交易数据打包并计算哈希,利用了abi.encode()keccak256()函数。这个函数可以计算出一个交易的哈希,然后在链下让多签人签名并收集,再调用execTransaction()函数执行。

    /// @dev 编码交易数据
    /// @param to 目标合约地址
    /// @param value msg.value,支付的以太坊
    /// @param data calldata
    /// @param _nonce 交易的nonce.
    /// @param chainid 链id
    /// @return 交易哈希bytes.
    function encodeTransactionData(
        address to,
        uint256 value,
        bytes memory data,
        uint256 _nonce,
        uint256 chainid
    ) public pure returns (bytes32) {
        bytes32 safeTxHash =
            keccak256(
                abi.encode(
                    to,
                    value,
                    keccak256(data),
                    _nonce,
                    chainid
                )
            );
        return safeTxHash;
    }
    

Remix演示

  1. 部署多签合约,2个多签地址,交易执行门槛设为2

    多签地址1: 0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4
    多签地址2: 0xAb8483F64d9C6d1EcF9b849Ae677dD3315835cb2
    

【从0学习Solidity】 50. 多签钱包_第2张图片

  1. 转账1 ETH到多签合约地址。

【从0学习Solidity】 50. 多签钱包_第3张图片

  1. 调用encodeTransactionData(),编码并计算向多签地址1转账1 ETH的交易哈希。

    参数
    to: 0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4
    value: 1000000000000000000
    data: 0x
    _nonce: 0
    chainid: 1
    
    结果
    交易哈希: 0xb43ad6901230f2c59c3f7ef027c9a372f199661c61beeec49ef5a774231fc39b
    

【从0学习Solidity】 50. 多签钱包_第4张图片

  1. 利用Remix中ACCOUNT旁边的笔记图案的按钮进行签名,内容输入上面的交易哈希,获得签名,两个钱包都要签。
    多签地址1的签名: 0xa3f3e4375f54ad0a8070f5abd64e974b9b84306ac0dd5f59834efc60aede7c84454813efd16923f1a8c320c05f185bd90145fd7a7b741a8d13d4e65a4722687e1b
    
    多签地址2的签名: 0x6b228b6033c097e220575f826560226a5855112af667e984aceca50b776f4c885e983f1f2155c294c86a905977853c6b1bb630c488502abcc838f9a225c813811c
    
    讲两个签名拼接到一起,得到打包签名:  0xa3f3e4375f54ad0a8070f5abd64e974b9b84306ac0dd5f59834efc60aede7c84454813efd16923f1a8c320c05f185bd90145fd7a7b741a8d13d4e65a4722687e1b6b228b6033c097e220575f826560226a5855112af667e984aceca50b776f4c885e983f1f2155c294c86a905977853c6b1bb630c488502abcc838f9a225c813811c
    

【从0学习Solidity】 50. 多签钱包_第5张图片

  1. 调用execTransaction()函数执行交易,将第3步中的交易参数和打包签名作为参数传入。可以看到交易执行成功,ETH被转出多签。

【从0学习Solidity】 50. 多签钱包_第6张图片

总结

这一讲,我们介绍了多签钱包,并写了一个极简版的多签钱包合约,仅有不到150行代码。

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