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  • 以太坊代币合约详析

     

     

    以太坊代币

    在以太坊系统中,存在作为基础货币的 Ether(以太),以及同样可以作为货币使用的 Token(代币)。

    以太坊与其他加密货币的主要不同在于,以太坊不是单纯的货币,而是一个环境/平台。在这个平台上,任何人都可以利用区块链的技术,通过智能合约来构建自己的项目和DAPPS(去中心化应用)。

    如果把以太坊理解成互联网,DAPPS则是在上面运行的网页。DAPPS是去中心化的,意味着它不属于某个人,而是属于一群人。DAPPS发布的方式通常是采用被称为 ICO 的众筹方式。简单来说,你需要用你的以太来购买相应DAPP的一些tokens。

    一般有两种Token:

    1. Usage Tokens: 就是对应 DAPP 的原生货币。Golem 就是一个很好的例子,如果你需要使用 Golem 的服务,你就需要为其支付 Golem Network Token(GNT)。由于这种 Tokens 有货币价值,所以通常不会有其他的权益。

    2. Work Tokens: 此类 Tokens 可以标识你对于 DAPP 的某种股东权益。以 DAO tokens 为例,如果你拥有 DAO tokens,那么你有权就DAO是否资助某款 DAPP 来进行投票。

    类比到股权,可以把 Usage Tokens 简单理解为普通流通股,可以与真实货币兑换,本身具有价值。而 Work Token,则大致相当于投票权。

    为何需要Token:

    不是有以太基础货币了,那为什么还需要 token 呢?可以想下现实生活的真实场景,在游乐场里,我们需要用现金兑换代币,然后用代币支付各种服务。 类比到以太坊,现金就是以太,代币就是 token,用 token 来执行合约中的各项功能。

    以太坊Token标准

    这个是本文学习的重点,所有遵循 ERC20 标准的函数,都要事先它定义的标准接口。搞懂这些,你也就能很快看懂一些智能合约代币的逻辑。

    ERC-20 标准是在2015年11月份推出的,使用这种规则的代币,表现出一种通用的和可预测的方式。任何 ERC-20 代币都能立即兼容以太坊钱包(几乎所有支持以太币的钱包,包括Jaxx、MEW、imToken等),由于交易所已经知道这些代币是如何操作的,它们可以很容易地整合这些代币。这就意味着,在很多情况下,这些代币都是可以立即进行交易的。简单理解就是,ERC20是开发者在自己的tokens中必须采用的一套具体的公式/方法,从而确保不同DAPP的token与ERC20标准兼容。

    ERC-20 标准规定了各个代币的基本功能,非常方便第三方使用,在开发人员的编程下,5 分钟就可以发行一个 ERC-20 代币。因为它可以快速发币,而且使用又方便,因此空投币和空气币基本上就是利用 ERC-20 标准开发的。基于 ERC-20 标准开发的同种代币价值都是相同的,它们可以进行互换。ERC-20 代币就类似于人民币,你的 100 元和我的 100 元是没有区别的,价值都是 100 元,并且这两张 100 元可以进行互换。有了这套标准,相当于全世界都使用人民币,而不用去别的国家还要计算汇率换成别的货币。想象下,每个Dapp都有不同格式的币,那对于这些应用的交互简直是种灾难。

    etherscan上开源的 ERC20 标准的智能合约:https://etherscan.io/tokens

    ERC20 Token标准接口:

    contract ERC20 {
        uint256 public totalSupply;
    
        function balanceOf(address who) constant public returns (uint256);
    
        function transfer(address to, uint256 value) public returns (bool);
    
        function allowance(address owner, address spender) constant public returns (uint256);
    
        function transferFrom(address from, address to, uint256 value) public returns (bool);
    
        function approve(address spender, uint256 value) public returns (bool);
    
        event Transfer(address indexed from, address indexed to, uint256 value);
    
        event Approval(address indexed owner, address indexed spender, uint256 value);
    }
    
    

    函数:

    注意:非常重要的一点是调用者应该处理函数返回的错误,而不是假设错误永远不会发生。

    1. totalSupply: 返回token的总供应量

    2. balanceOf: 用于查询某个账户的账户余额

    3. tansfer: 发送 _value 个 token 到地址 _to

    4. transferFrom: 从地址 _from 发送 _value 个 token 到地址 _to

    5. approve: 允许 _spender 多次取回您的帐户,最高达 _value 金额; 如果再次调用此函数,它将用 _value 的当前值覆盖的 allowance 值。

    6. allowance: 返回 _spender 仍然被允许从 _owner 提取的金额。

    事件 :

    1. event Transfer: 当 tokens 被转移时触发。 

    2. event Approval: 当任何成功调用 approve(address _spender, uint256 _value) 后,必须被触发。

    代币合约实例分析

    talk is cheap show me the code 。前面给的函数说明是简单的概括,大家可能还似懂非懂,下面就将用实例说明。《AMR智能合约漏洞分析》这篇文章用实例讲解了智能合约的一种漏洞,合约代码在 https://etherscan.io/address/0x96c833e43488c986676e9f6b3b8781812629bbb5#code ,我们就以这个代码做个详细的分析。

    开始一行行分析这个智能合约:

    library SafeMath {
        function mul(uint256 a, uint256 b) internal pure returns (uint256){
            uint256 c = a * b;
            assert(a == 0 || c / a == b);
            return c;
        }
    
        function div(uint256 a, uint256 b) internal pure returns (uint256){
            assert(b > 0);
            uint256 c = a / b;
            return c;
        }
    
        function sub(uint256 a, uint256 b) internal pure returns (uint256){
            assert(b <= a);
            return a - b;
        }
    
        function add(uint256 a, uint256 b) internal pure returns (uint256){
            uint256 c = a + b;
            assert(c >= a);
            return c;
        }
    } 

    这个比较简单,定义安全函数的库,用来防止整数溢出漏洞。

    contract ERC20 {
        uint256 public totalSupply;
    
        function balanceOf(address who) constant public returns (uint256);
    
        function transfer(address to, uint256 value) public returns (bool);
    
        function allowance(address owner, address spender) constant public returns (uint256);
    
        function transferFrom(address from, address to, uint256 value) public returns (bool);
    
        function approve(address spender, uint256 value) public returns (bool);
    
        event Transfer(address indexed from, address indexed to, uint256 value);
    
        event Approval(address indexed owner, address indexed spender, uint256 value);
    }

    ERC20 标准接口,上一节说过了。

    contract Ownable {
        address  owner;
    
        // 把当前合约的调用者赋值给owner
        function Ownable() public{
            owner = msg.sender;
        }
    
        // 只有智能合约的所有者才能调用的方法
        modifier onlyOwner(){
            require(msg.sender == owner);
            _;
        }
    
        // 合约的所有者可以把权限转移给其他用户
        function transferOwnership(address newOwner) onlyOwner public{
            require(newOwner != address(0));
            owner = newOwner;
        }
    }

    这个合约接口的功能是判断和修改该合约的所有者。其中函数 onlyOwner 用到了 modifiers(函数修改器) 关键字。函数修改器可以用来改变一个函数的行为,比如用于在函数执行前检查某种前置条件。如果你了解 python 的装饰器,这个就很容易理解了。还不理解?没关系,我们再详细说明下这个接口。首先你需要理解下这边的几个概念:

    1. msg.sender 内置变量,代表当前调用该合约的账户地址。

    2. Ownable() 函数,和合约接口同名,这是个构造函数,只能在创建合约期间运行,不能在事后调用。所以这个owner是创建该合约人的地址,无法被篡改,除非合约创始人授权。

    3. 特殊字符串 _; 用来替换使用修改符的函数体。比如上述代码就是把 _; 替换成 transferOwnership ,也就是执行 transferOwnership 函数时候会先判断  require(msg.sender == owner);

    下面把这个合约加一个打印owner的函数,然后放到 remix 调试,这样更直观理解。

    pragma solidity ^0.4.24;
    
    contract Ownable {
        address  owner;
    
        // 把当前合约的调用者赋值给owner
        function Ownable() public{
            owner = msg.sender;
        }
        
        function CurrentOwner() public returns (address){
            return owner;
        }
    
        // 只有智能合约的所有者才能调用的方法
        modifier onlyOwner(){
            require(msg.sender == owner);
            _;
        }
    
        // 合约的所有者可以把权限转移给其他用户
        function transferOwnership(address newOwner) onlyOwner public{
            require(newOwner != address(0));
            owner = newOwner;
        }
    }
    
    

    a) 使用账户 A 创建合约,则 owner 则是 A 的地址,切换到用户 B 点击 onlyOwner 函数,看到owner的值是账户 A 的地址。这时候如果点击 transferOwnership 会报错,因为这个函数被 onlyOwner 修饰了,会先判断当前调用合约的是否是合约所有者。当前合约所有者是账户 A,合约调用者账户 B 是没权限转移权限的。

     

    b)  把账户切换到 A,transferOwnership 地址填账户 B,这时候你就可以把合约所有者权限转移给账户 B 了。而再一次执行,发现提示错误了,因为此时合约所有者已经是账户 B,账户 A 没权限。

    contract StandardToken is ERC20 {
        using SafeMath for uint256;  // 使用 SafeMath 函数库
        mapping (address => mapping (address => uint256)) allowed;  // 类比二维数组
        mapping(address => uint256) balances;  // 类比一维数组
       // 把合约调用者的余额转移 _value 个tokens给用户 _to
        function transfer(address _to, uint256 _value) public returns (bool){
            assert(0 < _value);
            assert(balances[msg.sender] >= _value);
            balances[msg.sender] = balances[msg.sender].sub(_value);
            balances[_to] = balances[_to].add(_value);
            emit Transfer(msg.sender, _to, _value);
            return true;
        }
    
       // 查询 _owner 账户的余额
        function balanceOf(address _owner) constant public returns (uint256 balance){
            return balances[_owner];
        }
    
       // 从地址 _from 转移 _value 个 tokens 给地址 _to
        function transferFrom(address _from, address _to, uint256 _value) public returns (bool){
            uint256 _allowance = allowed[_from][msg.sender];
            assert (balances[_from] >= _value);
            assert (_allowance >= _value);
            assert (_value > 0);
            balances[_to] = balances[_to].add(_value);
            balances[_from] = balances[_from].sub(_value);
            allowed[_from][msg.sender] = _allowance.sub(_value);
            emit Transfer(_from, _to, _value);
            return true;
        }
    
        // 允许 _spender 多次取回您的帐户,最高达 _value 金额; 如果再次调用此函数,它将用 _value 的当前值覆盖的 allowance 值
        function approve(address _spender, uint256 _value) public returns (bool){
            require((_value == 0) || (allowed[msg.sender][_spender] == 0));
            allowed[msg.sender][_spender] = _value;
            emit Approval(msg.sender, _spender, _value);
            return true;
        }
    
        // 返回 _spender 仍然被允许从 _owner 提取的金额
        function allowance(address _owner, address _spender) constant public returns (uint256 remaining){
            return allowed[_owner][_spender];
        }
    } 

    这边逻辑不复杂,有个概念可能不太好理解,这里详细说明下。allowed 这个变量(类比成二维数组),是用来存取授信的额度,在 approve 函数中定义。

    allowed[msg.sender][_spender] = _value;

    这个 msg.sender 是当前合约调用者,_spender 是被授权人,额度是 _value 。可以通俗的理解成,银行(msg.sender)给用户( _spender) 授权了 _value 额度的 tokens 。在银行转账,相应的额度也会减少,而用户在此银行最多可以转被授权的 _value 个 tokens,不同的银行(msg.sender)可以给用户(_spender)授信不同的额度(_value)。

    把 allowd 的概念理解了,allowance 函数也就很好理解了,第一个参数 _owner 类比成银行,第二个参数 _spender 类比成用户,这个函数就用来查询用户(_spender)在银行(_owner)剩余的额度(tokens)。通过上述的讲解,可以知道 transfer 和 transferfrom 函数区别如下:

    1. transfer 是把当前合约调用者的 tokens 转移给其他人

    2. transferFrom 则是可以把 ”银行“ 授信额度的钱(tokens)转给自己或者他人,转移的是 “银行” 的 tokens

    contract Ammbr is StandardToken, Ownable {
        string public name = '';
        string public symbol = '';
        uint8 public  decimals = 0;
        uint256 public maxMintBlock = 0;
    
        event Mint(address indexed to, uint256 amount);
    
        // 给地址 _to 初始化数量 _amount 数量的 tokens,注意 onlyOwner 修饰,只有合约创建者才有权限分配
        function mint(address _to, uint256 _amount) onlyOwner  public returns (bool){
            assert(maxMintBlock == 0);
            totalSupply = totalSupply.add(_amount);
            balances[_to] = balances[_to].add(_amount);
            emit Mint(_to, _amount);
            maxMintBlock = 1;
            return true;
        }
    
        // 转帐操作,可以同时转给多个人
        function multiTransfer(address[] destinations, uint[] tokens) public returns (bool success){
            assert(destinations.length > 0);
            assert(destinations.length < 128);
            assert(destinations.length == tokens.length);
            uint8 i = 0;
            uint totalTokensToTransfer = 0;
            for (i = 0; i < destinations.length; i++){
                assert(tokens[i] > 0);
                totalTokensToTransfer += tokens[i]; // 存在溢出
            }
            assert (balances[msg.sender] > totalTokensToTransfer);
            balances[msg.sender] = balances[msg.sender].sub(totalTokensToTransfer);
            for (i = 0; i < destinations.length; i++){
                balances[destinations[i]] = balances[destinations[i]].add(tokens[i]);
                emit Transfer(msg.sender, destinations[i], tokens[i]);
            }
            return true;
        }
    
        // 构造函数,可选
        function Ammbr(string _name , string _symbol , uint8 _decimals) public{
            name = _name;   // 设定代币的名字,比如: MyToken
            symbol = _symbol; // 返回代币的符号,比如: ARM
            decimals = _decimals;   // 设置 token 的精度
        }
    }

    现在来详细说明下 decimals 这个参数。首先我们来理解下常说的以太(ether)到底是怎么换算的。在以太坊交易中,最小的单位是 wei ,1 ether = 10^18 wei 。单位换算在线地址: https://converter.murkin.me/

    ether单位对照表:

     

    调用合约转发 Token 的时候,传入的值是要转发的 Token 数乘上精度(默认decimals=18),比如转1个Token,传入合约的值是1000000000000000000 wei

    代币(Token)参数对照表:

     

     

    前面把我认为的难点、疑惑点都说完了,想必大家看懂这个合约也没什么难度。看懂合约后,如果看过以太坊智能合约安全漏洞入门之类的文章,应该一看就能看出 multiTransfer 存在溢出漏洞。原理就是 totalTokensToTransfer 没有使用安全函数,可以导致整数上溢出。

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