从4337到7702:深入解读以太坊账号抽象赛道的过去与未来
前言
本文整体分两大模块:
上半段,将从 2015 年起的首个 AA 提案出发,系统整理目前为止的 Eip 提案主要内容,期望由史出发挖掘 AA 历史提案的历程,并综合性评价各方案优缺点。
下半段,着重对比 EIP 4337 提出之后面临的市场低迷反馈,再深入分析如今即将被纳入下个版本以太坊升级的 EIP 7702 ,此提案一旦合并,将全方位改变链上应用形态。
EIP-7702 具有划时代的改变,且听十四君细细讲来
1、账号抽象的背景
1.1 账号抽象的意义
定位以太坊创始人 vitalik 在 2023 年年底再次更新 ETH 发展路线图,但其中针对账号抽象的设定,并未改过。如今的主流模式也正是从 EIP-4337 ,步入到下一个阶段 VoluntaryEOA Conversion(自愿转换 EOA 账号)。
https://x.com/VitalikButerin/status/1741190491578810445
在 EIP 4337 推出一年多以来(在 2023.3.1 号丹佛的 WalletCon 上,官宣由以太坊基金会开发人员设计实现的 ERC-4337 的核心合约已经通过了 OpenZeppelin 的审计,被认为是正式推出的历史节点)。
始终是只得到用户的广泛认可,但并不被广泛使用,如此矛盾的市场环境下,让 EIP-7702 的进度被大幅提前,乃至已经被确认将在下一次升级被合并其中。
1.2 账号抽象的市场现状
无需多言,直接看数据吧。
经过一年半的发展,EIP 4337 在主流链账号的集合下,仅仅有 1200 W 的地址数,其中最为让人惊讶的是在以太坊主网上,活跃地址仅仅 6, 764 个,或许统计维度有所问题,但至少与 EOA 与 CA 的地址数相差甚广,要知道以太坊主网上独立地址数已经达到 2 亿 7 千万(数据源于: https://etherscan.io/chart/address)。
可以说在主网上 EIP 4337 是毫无实质性发展。
数据来源: https://dune.com/niftytable/account-abstraction)
不过,这并不磨灭 AA 的本质价值,因为他从一开始的 EIP 4337 的设计就注定了,他面对主网严重的往前兼容性问题上无法做好,所以伴随着各类L2层链的普遍嵌入原生 AA,EIP 4337 的地址数在L2上获得爆发,其中 base 和 polygon 链的 7 月月度活跃用户分别是 100 W 和 300 W,倒也颇为可观。
所以,并不是 EIP 4337 设计错了,他有很多优点,我们一会会系统的总结,如今的现状是源于主网与L2之间的差异,他们需要用各自适合的方案。
2、账号抽象是什么?
账户抽象,听着很费解,但其实本质解决的是产权分离的问题。
EVM 架构(即以太坊虚拟机)中有两种账户,外部账户(EOA)和合约账户(Contract Account),外部账户的所有权和签名权其实上是同一个体单位持有的。持有私钥的人不只拥有这个账户的「所有权」,同时还有权利「签名转移所有资产」。
这是由以太坊账号交易结构决定的
从下图的结构中可以发现,其实以太坊的标准交易是没有 From 方的,那么我做了一次资金转账,具体消费的是什么地址上的资金?实际是是通过其 VRS 参数(即用户签名)反解析出 From 地址的。
这里涉及到 ECDSA 等非对称加密,单向门限函数等概念,咱们不做展开,总之这里是由密码学来保障安全性,当然这也就造成了如今的产权合并的 EOA 地址窘境。
而 EIP 4337 的核心效果,就是在交易字段里增加了 Sender Address 字段,从而能让私钥与被操作的地址分离开。
那为什么产权分离这么重要呢?
因为外部账户(EOA)设计会衍伸出更多的问题:
私钥难保护:用户失去私钥(遗失、黑客攻击、密码学上的被破解)意味着地失去所有资产。
签名算法少:原生协议在验证交易上只能使用 ECDSA 签名和验签算法。
签名权限高:无原生多签(多签只能通过智能合约实现协作),单签即可执行任意操作。
交易手续费只能通过 ETH 支付,并不支持批量交易。
交易隐私泄露:一对一交易容易分析账户持有者的隐私信息。
上诉的约束让普通用户很难使用以太坊:
首先,使用以太坊上的任何应用,用户都必须持有以太(并承担以太价格波动的风险)。
其次,用户需要处理复杂的费用逻辑,Gas price、Gas limit、事务阻塞(Nonce 顺序)这些概念对用户来说过于复杂。
最后,虽然许多区块链钱包或应用试图通过产品优化提高用户体验,但它们的实际效果甚微。
所以破局之道在于实现账户抽象,将所有权(Owner)和签名权(Signer)解耦(Decoupling),从而才能逐个解决上述问题。其实历史的方案有很多,最终都会汇聚到两种路线
3、AA 历史提案脉络梳理
问题的解法看似有很多的 EIP 提案,但归根究底,就是两种核心思路,所以过往每一个没有被通过的 EIP,其考虑的问题也就汇聚成了现在方案的破局之道。
3.1 第一种路线是让 EOA 地址变为 CA 地址
早在 2015 年 11 月 15 日,围绕 EIP-101 ,Vitalik 就提出以合约作为账户的新结构。将地址改为只有代码和存储空间,改变手续费支持由 ERC 20 支付,通过预编译合约将原生代币改为类 ERC 20 来存余额(可具备代扣授权等功能),将交易字段精简到只有 to、startgas、data 和 code。现在看来,简直是大跃进式变革,会大幅改动底层设计,让每个账户地址都拥有自己的“代码”逻辑(其实也正是现在 EIP-7702 要做到的效果)。还能衍生出其他的功能,比如
让交易使用更多加密算法,可以由各地址内部 Code 来指定验签鉴权方法
具备抗量子攻击特性,因为代码具备升级特性。
让以太币具备与 ERC 20 合约一致的功能特性,核心效果有了代扣授权,从而无需原生币的损耗
提升账户的自定义空间,兼容社交恢复、sbt 支持、密钥找回等
没有继续推进的原因也很简单,显然是步伐太大,对于当前交易哈希冲突问题,安全性隐患考虑不周所以一直搁置,但每个优点的理念都成为后续 EIP 4337 以及 EIP 7702 的核心功能之一。
后来还有一系列 EIP 试图完善这种逻辑:
EIP-859 :主链账户抽象--2018-01-30
试图解决 Code 的部署问题,核心作用是,如果出现了若交易方合约未部署,则使用交易附带 code 参数执行合约钱包部署,其次还提出新的 PAYGAS 操作码,除了支付 gas 外,也成为一笔交易的参数中验证部分与执行部分的分隔符。虽然当时无疾而终,但是这也成了现在 EIP 7702 的核心逻辑之一,EIP 7702 的每一笔交易结合特殊的交易结构,可以附带一定的代码,从而在本次交易中让 EOA 地址拥有合约能力。
EIP-7702 :设置 EOA 账户代码 2024-05-07
这也是本文后续讨论机制的核心 EIP,由 Vitalik 发表了 EIP-7702 作为 EIP-3074 的替代方案(2024-05-07)。因此 EIP-3074 被弃用,EIP-7702 被确定在即将到来的 ETH Prague/Electra(Pectra)硬分叉中纳入,具体内容咱们在下文展开。
3.2 第二种路线是让 EOA 地址驱动 CA 地址
EIP-3074 :增加 AUTH 和 AUTHCALL 操作码--2020-10-15
在 EVM 中加入两个新的 OpCodes AUTH 和 AUTHCALL ,让 EOA 能透过这两个 opcode 授权合约代替 EOA 的身份去呼叫其他合约。结合下图,概括来说一个 EOA 能将一则已签的消息(交易)送至自己信任的合约(称作 Invoker)上,此 Invoker 合约可以利用 AUTH 和 AUTHCALL 操作码来代替这个 EOA 送出这笔交易。
EIP-4337 :用交易内存池实现账户抽象--2021-09-29
这方面我之前已经有很多文章深入分析其机制,可拓展阅读:
https://research.web3 caff.com/zh/archives/3212 ,
以太坊账号抽象 ERC 4337 的过审方案解读(上)
以太坊账户抽象万字研报:拆解 10 个相关 EIP 提案与冲击千万级日活用户瓶颈的七年之路
用一个小时讲清楚账号抽象这件事
总之,他受到 MEV 的启发进行设计,其核心价值是可以完全避免共识层协议更改。
eip 4337 提出新的事务对象 UserOperation,用户将此对象发送到内存池中,由 bundlers 从矿工维度批量打包交付合约执行交易事务,本质上是把底层的交易与帐户运作拉到合约层面执行。
EIP-5189 :通过背书人来操作抽象账户— 2022-06-29
这算是优化了 EIP 4337 的逻辑,是面对恶意的 Bundler 通过建立资金罚款背书 endorser 的机制来防止 Dos 阻塞攻击。
3.3 其他用于支持 AA 的提案
EIP-2718 :新交易类型的包装信封--2020-06-13
这倒是一个已经 Final 的提案,他定义一个新的交易类型,作为未来新增的交易类型的信封。最终效果是,当引入新的交易类型时, 通过特定编码来区分这是哪一种交易,让其只需有向后兼容性,而无需往前兼容。最常见的例子就是 EIP 1559 了,他区分了交易的手续费,使用了新的交易类型编码,又不影响最初的 legacy 的交易类型。
EIP-3607 :让 EOA 地址不可部署合约--2021-06-10
这是是 AA 路径上的补充方案,用于防止合约部署地址与 EOA 地址冲突的问题。他会控制合约生成方法,让系统不允许将代码部署到已经是 EOA 地址的地址上。这个风险其实很小,毕竟以太坊地址有 160 位长,虽然存在用私钥碰撞出指定合约地址私钥的方法,但以比特币全算力投入估计,也还需要一年的时间。
3.4 如何理解账号抽象发展历程?
首先需要理解转为 CA 后的价值
基本上也就是 EIP-4337 的实际效果,他可以实现
但是,EIP-4337 的核心缺点是违背人性动机原则。
他看起来是更好了,但是陷入了一种市场发展的死循环,Dapp 很多还不兼容,那用户就不乐意使用 CA 地址,甚至使用 CA 有更高的交易成本(普通转账场景,也会交易费用翻倍),也太依赖于 Dapp 本身的兼容性。
所以在以太坊主网上迄今为止始终没有得到普及。
成本就是用户最重要衡量的标准,必须降低成本。
但是要真正降低 GAS,就必须以太坊本身做软分叉升级,修改 GAS 计算或者修改操作码的 GAS 消耗等模块,然而既然要软分叉,那何不直接考虑 EIP-7702 呢?
4、全面解析 EIP-7702
4.1 EIP-7702 是什么
它通过新的交易类型来区分,可以允许 EOA 在单笔交易中临时具备智能合约的功能,进而支持业务上进行批量交易、无 Gas 交易和自定义权限管理等,且无需引入新的 EVM opCode(影响往前兼容性)。
他可以让用户在不部署智能合约的情况下,就可以获得大部分 AA 的能力,甚至可以提供第三方代用户发起交易的能力,且不需要用户提供私钥,只需签名授权的信息。
4.2 数据结构
他定义了新的交易类型0x 04 ,该交易类型的 TransactionPayload 是下列内容的 RLP 编码序列化结果
重要的是其中新增了 authorization_list 对象,存储签名者希望在其 EOA 中执行的代码,用户签署交易的同时也签署要执行的合约代码,他作为二维列表存在,说明可以批量存放多个操作信息,执行批量操作。
4.3 交易生命周期
4.3.1 验证阶段
在执行交易的开始阶段,对于每个 authorization_list 的 [chain_id, address, nonce, y_parity, r, s] 元组:
从签名 r、s 中采用 ecrecover 恢复出签名者地址(注意这是以太坊本身的机制,所以该 EIP 没有改变签名算法)。authority = ecrecover(keccak(MAGIC || rlp([chain_id, address, nonce])), y_parity, r, s](与之前解签名得出 from 地址类似,这里得出的是针对这个 list 的局部签名地址)
验证链 ID(防分叉链重放)。
验证 authority 签名者的代码是否为空或已经委托(验证交易是否属于有效 7702 交易,后续会通过 delegation 机制去代理执行交易)。
验证 authority 签名者的 nonce(防 authority 的签名重放)。
设置 authority 签名者的代码为 0x ef 0100 || address(用于绕过 EIP 3607 防碰撞策略的)
增加 authority 签名者的 nonce(防局部签名重放)。
将 authority 签名者账户添加到已访问地址列表中(转热地址,降低查询存储的 gas 费)
4.3.2 执行操作阶段
要执行的合约代码以及操作指令在哪里?
“新”版本仅更改了代码部署方面的行为。
它不再将帐户代码设置为 contract_code,而是从 authorization_list 中检索代码 address 并将该代码设置为帐户代码。
所以,当需要执行授权代码时,从 authorization_list 的 address 字段指定的地址加载代码,并在签名者账户的上下文中执行。
这意味着用户的合约代码实际上是存储在链上的某个特定地址,而不是直接包含在交易中。
而操作指令和相关参数则存储在交易负载的 data 字段中。
4.4 EIP-7702 有什么价值?
他对于Web3钱包的全链路都会有变化,用户体验也因此巨变,因为 EOA 发起的普通交易也可以类似合约执行多种逻辑,比如批量 transfer。对于 CeFi 场景会影响交易鉴别,也影响冲提归集手续费由于其出现,打破了很多曾经的定势,比如:
打破了账户余额只能因源自该账户的交易而减少的不变量。
打破了交易执行开始后 EOA nonce 增加 1 的不变量(可能同时增加多个)。
打破了 tx.origin 和 msg.sender 两个比对的防护逻辑,很多过往的合约有风险了。
打破了 EOA 本身无法发出事件的现状,对部分链上事件识别监听可能需要注意。
打破了 EOA 地址接受 ERC 20、 721、 1155 等资产必然成功的现状(因为回调机制,可能失败)
4.5 对比 EIP-7702 和 EIP-4337
1. EIP-7702 的优势
gas 更低,因为无需经过 entrypoint 模块,减少链上操作。
用户迁移成本更低,无需提前部署链上合约做为主体
与 Eip 4337 相比,同样会有代码委托执行,也同样会有两种方式:
完全委托(Full Delegation)
完全委托是指将某个操作的全部权限委托给一个特定地址。例如,用户可以将所有 ERC-20 代币的管理权限委托给一个智能合约地址,从而使得这个智能合约可以代表用户执行所有相关操作。
受保护的委托(Protected Delegation)
受保护的委托是指在委托的过程中增加一些限制和保护措施,确保委托操作的安全性和可控性。
例如,用户可以仅将部分 ERC-20 代币的管理权限委托给一个智能合约,或者设置一些限制条件(如每天最多花费总余额的 1% )。
2. EIP-7702 的缺点
他的核心缺点是属于软分叉升级,需要大家共识推动,并且改动巨大,对链上生态影响太广,十四君初步评估下来,就有以下挑战,但是挑战也就是市场的机会:
自由度极高,难以被审计,用户会更需求靠谱的钱包承担安全防护的保护。
对原架构变化过大,虽然用不同交易类型区分,但是很多基建尤其链上不可改合约都无法直接适配。
对 EOA 地址提供了合约能力,但对应的存储空间无法留存。
单独交易的成本稍微提高,因为会大量增加 Calldata 的部分,估算调用的总成本将是 16 (gas) * 15 (字节) = 240 (gas)calldata 成本,加上 EIP-3860 的成本 2 * 15 = 30 ,再加上大约 的运行时成本 150 。因此,仅仅准备账户哪怕什么都不做,就要增加 500 的 Gas 了。
“如果接收者签署了没有接收功能的代码,发送者在尝试发送资产时可能会面临 DoS。” 见案例。这个问题其实是 EOA A 签署了它不应该签署的东西——一个设置了错误实现(没有 receive())的可重放文件。
链上 冲提逻辑可能不一致,比如当转移 ERC-20 代币时,如果接收方账户有代码,则代币合约将调用 onERC 20 Received 接收方账户。如果 onERC 20 Received 还原或返回错误的值,则令牌传输将还原。
另外如果 EOA 可以发出事件,会不会有什么问题?一些基础设施可能需要注意。
这些还只是十四君基于目前 EIP 7702 提案内容,以及对应的官方论坛讨论总结出的一些缺点,最终还需要基于最终的实现代码才能分析完全。参考如下:
https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-7702
https://ethereum-magicians.org/t/eip-set-eoa-account-code-for-one-transaction/19923
https://github.com/ethereum/EIPs/pull/8527
5、 全文总结
本文看似篇幅宏大,实际上文字内容只有 6 k 余字,中间涉及的很多往期 EIP 解读,都在文中链接可以拓展,我就不进而追溯了。
目前看,账户抽象,确实只能放在第六模块,即修复一切,也即最后在推行,如今大幅加快 EIP 7702 的进度,更多带来的还是对系统安全性的挑战,可以预料到,最终他会实现,毕竟以太坊合并,修改共识算法这样的颠覆性事件都可以发生,又谈何区区新的交易类型呢。
但是这一次颠覆的内容太多了,打破多个链上不可能的潜规则,也打破了大多数 Dapp 的应用逻辑,但是他死死的占住了最核心的一点,就是用户的成本更低了!对比 EIP 4337 近乎翻倍的交易成本而言。
用户本身还是 EOA 地址,只是在需要的时候才去驱动和使用 CA 逻辑,所以持有成本低了。无需先转换出链上 CA 身份再做操作,等于用户无需注册了。
用户可以轻松用 EOA 做到多交易并行,比如授权代扣和执行代扣两种合一,这样对用户交易成本本身就低了,而对于 Dapp 而言,尤其是需要做链上企业级管理的项目方,比如交易所等更是颠覆性的优化,批量归集一旦原生态实现,基本交易所成本可以瞬间减少一半以上,最终也可以惠及用户。
所以,虽然他改变了很多,但占据成本这个维度,就值得全部 Dapp 去研究和适配,因为这一次,用户必然站在了 EIP 7702 的一边。
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