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Eip4337分析（一）

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Huifeng Jiao
Jun 27, 2022·

2 min read

Table of contents

本文是VB的文章学习笔记：medium.com/infinitism/erc-4337-account-abst..

Why

如果你关注Crypto，会发现，私钥泄露造成的损失，不计其数，最近的Harmony跨链桥Horizon，据分析可能是因为私钥泄露，链上资产被席卷一空。过往的个人、组织因为私钥泄露或者助记词丢失造成的损失，也很常见。

如果有一种钱包，跨越EOA(Externally-Owned Account)类别的标准钱包，例如Metamask等，以Smart Contract方式来存储和管理资产，具备多个私钥共同管理的特性，丢失某个私钥，可以通过Social Recovery方式恢复，那是否能够避免那么大的资产损失呢？或许有可能。

如同一个人原来具备很多社会关系：家庭、朋友或者几个有深度链接的社会组织，然后某日突然失踪，归来后无法证明自己是自己了，但是，自己拥有的社会链接有两端：一端是自身（过往的经历、信息掌握、技能、情感共鸣场景等等），一端是共同经历这些社会场景的社会关系。那这些社会关系，是可以完成我是我的证明的。究其根源，因为这些积累需要时间沉淀，并且具备多维度的复杂度，别人要仿冒，非常难完成在社会关系端的仿冒，因为你无法欺骗或者植入虚假信息给那么多社会关系，需要巨大成本也不一定能够完成。

EIP4337就是尝试完成这一目标（当然还有其他提升），我们来分析下具体的原理和可能的应用场景。

How

事实上，当下的EOA钱包为Crypto的推广和安全，立下了汗马功劳，但是，随着场景的展开，复杂度的提升，资产数额的增加，对EOA提出了很多挑战，不仅仅是需要Social Recovery一个场景提升。 我们分析和研究了如下资料：

  1. ERC4337概述 medium.com/infinitism/erc-4337-account-abst..
  2. github.com/ethereum/EIPs/blob/3fd65b1a78291..
  3. The road to account abstraction notes.ethereum.org/@vbuterin/account_abstra..
  4. youtube.com/watch?v=r3ZSk4PeqxQ
  5. youtube.com/watch?v=r3ZSk4PeqxQ&ab_chan..

Background

VB（Vitalik Buterin）总结了几个能够解决当下问题的抽象账户的新特性：

  1. 多签和社会化恢复
  2. 更高效简单的签名算法(例如Schnorr, BLS)
  3. 超量(Post-quantum)安全算法(例如Lamport, Winternitz)
  4. 可升级

对于抽象账户方案选择上，其实有很多种，完全另起炉灶的建设我们设计的对EOA不足之处的迭代产品，也是一个思路。但考虑到客户交互的兼容性、时间成本，我们选择了4337的协议实现逻辑为基础。事实上，在此之前已经有了EIP2938,不过是基于对于合约的较大改动。

先叙述下原来场景：EOA通过ECDSA椭圆曲线加密算法，对transaction进行打包后发送到区块链节点上链，需要最低21000 gas。折旧需要EOA提供gas或者第三方提供gas来完成。如果基于EOA构建，就会需要两个钱包（更复杂），或者依赖Relay中继来帮助（更中心化）。

EIP2938修改了底层协议，允许交易从一个合约发起，合约完成认证和payfee的工作，minner完成校验。EIP4337完成同样目标，但不会引起共识层的变动。

Smart contract wallet logic flow

EIP4337在更高层实现了transaction mempool的功能复制。用户发送UserOperation+签名和需要验证的data。

Miners or bundlers都可以用类似Flashbots的服务，对UserOperation进行打包，进入一个bundle transaction，然后进入一个以太坊区块。

敏感的读者会看到，原来新钱包思路通过合约方式复制mempool对交易的处理，从而达到可以发起独立交易、支付gas的功能，当然，还实现了上面的几个算法改进、可升级功能，听起来很不错。

wallet1.png

Bundler会支付gas fee，通过批量的individual UserOperationgasfee得到补偿（有差价）。Bundler会基于gasfee优先的基本原则，和miners选择进入mempool的逻辑类似。UserOperation结构如下：

{
sender: the wallet making the operation
nonce and signature: parameters passed into the wallet’s verification function so the wallet can verify an operation
initCode: the init code to create the wallet with if the wallet does not exist yet
callData: what data to call the wallet with for the actual execution step
}

详细的参考这里github-4337，核心是sender发起人，nonce随机数，initcode，初始化创建参数，calldata。

Entry point

Smart contract 有两个功能：

  1. validateUserOp,输入UserOperation，验证signature and nonce，然后payfee，交易成功increment the nonce，交易失败抛错误。
  2. 解析calldata为钱包指令，并执行钱包指令，例如存入、支付、抵押、授权等等。这些动作是末端开放的，例如可以发起更多的calls，和其他组件交互。

类似多数的复杂合约，相比于用钱包合约自身保障安全性，更好的方式在一个global contract下，可以命名为entry point，validateUserOp的动作，可以通过require(msg.sender == ENTRY_POINT)，即只相信通过一个特定网关来发起，然后钱包再执行指令、支付gas以及成功后的nonce increment等。entry point本质上完成对钱包的安全保障。通过受信任的entry point发起，合约钱包可以完成任何指令动作、gas支付。VB的观点是这些已经足够保护钱包不会被攻击了。

如果钱包不存在，entry point还负责创建这个钱包，根据initCode.

wallet2.png Entry point control flow when running handleOps

当解析validateUserOp时，对于mempool nodes and bundlers有一些约束，需要强制执行：

  1. 不能read or write storage of other contracts，你不能读写其他合约的storage。
  2. 不能使用 environment opcodes such as TIMESTAMP
  3. 不能调用其他合约，除非证明被调用合约是无法自毁的。

以上需要validateUserOp操作进行模拟，需要bundlers and UserOperation mempool nodes，对UserOperation进行验证。

如果被模拟执行成功，则UserOperation被保障包含进打包，直到sender有了其他internal state的变动。

其他的变动可能是同一个sender发出另外一个UserOperation，或者another contract calling the sender。出发这些需要额外的7500gas。

另外，UserOperation如果限定了validateUserOp步骤的gas limit，mempool nodes and bundlers 会拒绝，出发非常小，例如小于200000（这里没太懂）。

这些约束重复了以太坊交易用来防止DoS攻击的核心属性。Bundlers and mempool nodes 可以用此类似逻辑来确认是否include UserOperation。

Trade off

相比于常规的以太坊交易mempool而言，此协议增加、改变或者牺牲了什么属性？

上面叙述了EIP4337的工作流程，这里来做一些权衡对比。

维护的属性
  • 无中心化参与者; 所有的都是 peer-to-peer mempool。
  • DoS safety ，这个上面已经分析了。
  • 用户端无复杂设置: 用户不用关注钱包是否创建等细节， 钱包会以确定性的 CREATE2 addresses方式存在, 没有会自动重建。
  • 付费可覆盖前步交易, 可以发送一个新的UserOperation，用更高的gas来覆盖或者加速交易。
新增的属性

  • 灵活的验证属性: the validateUserOp 验证功能可以添加 arbitrary signature 和once 验证逻辑 (新签名格式, 多签…)

  • 重复实现执行层的 quantum-safe: 如果本协议普遍适用, 就不用在执行层再为量子安全做额外工作. 可独立升级钱包到本协议.

    尽管包装（wrapper）交易是安全的, minde可以用新创建的wallet， 因此hash保护的 EOA ，为每个交易bundle在打包进入一个区块前不会发布交易.

  • Wallet 可升级: wallet 认证逻辑可以是稳定的, 因此 wallets 可更改自己的publick keys，如果使用了代理调用)，则可升级整体代码.

  • 灵活的执行逻辑: wallets 可以为执行步骤添加自定义逻辑 , 例如自动的原子多操作 (a key goal of EIP 3074)。

带来的缺点
  • 轻微提升了DoS易攻击性 不考虑协议的好的影响, 因为验证逻辑允许比单一椭圆曲线加密更复杂的算法。
  • Gas 超量: 有的时候会比当下多一些的gas (尽管一些场景已经使用了multi-call).
  • 一次一个交易: 帐户不能队列话并将多个交易发送到内存池。不过执行原子多操作的能力让它变得不重要了。

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