如何实现广义的元交易（Meta Transaction）

• 原文：https://soliditydeveloper.com/meta-transactions
• 译文出自：登链翻译计划
• 译者：翻译小组
• 校对：Tiny 熊
• 本文永久链接：learnblockchain.cn/article…

在合约内启用元交易是一个强大的补充。要求用户持有ETH来支付Gas一直以来都是而且仍然是新用户进入的最大挑战之一。如果只是简单的点击，谁知道现在会有多少人在使用以太坊？

但有时，解决方案可以在你的合约中加入元交易能力。实现起来可能比你想象的要容易。

什么是元交易？

元交易是一个普通的以太坊交易，它包含另一个交易，即实际交易。实际交易由用户签署，然后发送给运营商（或类似的操作者），用户不需要Gas和区块链交互。而是由运营商支付费用签署交易，提交给区块链。

合约确保在实际交易上有一个有效的签名，然后执行它。

概述

如果我们想在合约中支持广义的元交易，可以通过几个简单的步骤完成。从高层次上讲，有两个步骤：

第1步：验证元交易的签名。按照EIP-712标准和ecrecover创建一个哈希值来完成：

bool isValidSignature = ecrecover(hash(transaction), v, r, s) == transaction.signerAddress

第2步：一旦得到验证，我们就可以提取实际的交易数据。通过对当前的合约地址使用delegatecall，执行一个函数（而不做新的合约调用）。请记住，delegatecall 使用当前合约的状态去调用合约的代码。因此，通过执行address(this).delegatecall，可以在当前的合约中执行所有的功能，并且可以传递交易数据。

(bool didSucceed, bytes memory returnData) = address(this).delegatecall(transaction.data);

大致就是这样。但也有一些关键的信息需要验证，也有签名的替代品。

让我们来看看更多细节。

交易执行的细节

正如我们所看到的，执行的核心是 delegatecall。这是实际交易被执行的地方。但是为了确保正确的执行，我们必须确保一些事情是正确的。

交易结构

首先让我们看看交易结构中的数据，包含了用户设定的所有相关要求，以及 bytes data 作为将要执行的交易本身。data 也是从用户传递到运营商再到合约的内容：

struct Transaction {
    uint256 salt;
    uint256 expirationTimeSeconds;
    uint256 gasPrice;
    address signerAddress;
    bytes data;
}

结构化交易哈希

我们还需要在所有这些数据上计算一个哈希值。这将用于签名 schema和防止同一交易的重复执行。关于这方面的细节，请看最后的签名解释。

这是交易schema的哈希值:

EIP712_TRANSACTION_SCHEMA_HASH = keccak256(
    abi.encodePacked("Transaction(uint256 salt,uint256 expirationTimeSeconds,uint256 gasPrice,address signerAddress,bytes data)")
);

这是EIP712 Schema 的哈希值，可以在合约的构造函数中计算一次。

我们可以使用keccak256和abi.encodePacked来计算结构化的交易哈希值：

function _getTransactionTypedHash(
    Transaction memory transaction
) private view returns (bytes32) {
    return keccak256(abi.encodePacked(
        EIP712_TRANSACTION_SCHEMA_HASH,
        transaction.salt,
        transaction.expirationTimeSeconds,
        transaction.gasPrice,
        uint256(transaction.signerAddress),
        keccak256(transaction.data)
    ));
}

通过hash所有相关的值，我们可以确保只有原用户签名的交易才会成功执行。例如，即使运营商只是改变了expirationTimeSeconds中的1秒，它也不能成功执行。

这只是哈希值的第一部分，要了解包括安全签名要求在内的全部细节，请阅读下面关于签名的部分。

设置正确的msg.sender

如果我们只是执行delegatecall，交易的msg.sender仍然是元交易的运营商，而不是原始签名者。

我们可以通过设置一个上下文变量来解决这个问题：

function _setCurrentContextAddressIfRequired(address contextAddress) private {
    currentContextAddress = contextAddress;
}

function _getCurrentContextAddress() private view returns (address) {
    return currentContextAddress == address(0) ? msg.sender : currentContextAddress;
}

你在合约中使用msg.sender的地方，现在都会调用_getCurrentContextAddress()。

防止多重包裹的交易

我们要防止的另一件事是执行元-元-交易。(除非你想无缘无故地耍酷)

它没有任何作用，只是浪费了额外的Gas。因此，我们可以在任何交易执行之前添加检查。

require(currentContextAddress == address(0), "META_TX: Transaction has context set already");

确保满足交易条件

我们将进一步确保所有规定的条件得到满足

• 过期时间是有用的，用户需要知道一个交易在几个月后不会被执行。
• 一个transactionsExecuted映射，以确保元交易只被执行一次。注意：确保在成功执行后设置transactionsExecuted[transactionHash] = true。
• 一个由用户定义的Gas价格。这在你的系统中可能不需要。因为Gas是由运营商支付的，需要指定gas交易成本的唯一原因是该值在交易中会具有进一步对交易的影响。例如，在0x中，Gas价格会影响费用价格。

require(block.timestamp < transaction.expirationTimeSeconds, "META_TX: Meta transaction is expired");
require(!transactionsExecuted[transactionHash], "META_TX: Transaction already executed");
require(tx.gasprice == requiredGasPrice, "META_TX: Gas price not matching required gas price");

验证签名

当然，我们只想执行有有效签名的交易。一个天真的解决方案可能只处理 transaction.data 并签名。

但是...

• 我们如何确保所有额外的交易参数被正确设置（过期时间、salt、signer...）？
• 我们如何防止一个已签名的交易被多次使用？

第一部分很简单，我们用前面的_getTransactionTypedHash函数在所有这些值上创建一个哈希值。第二部分通过EIP-712解决的问题，你可以看到如何从交易数据和额外的EIP-712数据中创建一个哈希值，代码如下：

function _getFullTransactionTypedHash(Transaction memory transaction) private view returns (bytes32) {
    bytes32 transactionStructHash = _getTransactionTypedHash(transaction);

    bytes32 EIP191_HEADER = 0x1901000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;
    bytes32 schemaHash = keccak256(abi.encodePacked("EIP712Domain(string name,string version,uint256 chainId,address verifyingContract)"));
    uint256 chainId = 1; // mainnet
    address verifyingContract = address(this);
    bytes32 domainHash = keccak256(abi.encodePacked(
        schemaHash,
        keccak256(bytes("My Protocol Name")),
        keccak256(bytes("1.0.0")),
        chainId,
        verifyingContract
    ));

    return keccak256(abi.encodePacked(EIP191_HEADER, domainHash, hashStruct));
}

将额外的信息放入我们的哈希值中，因此，一个已签署的交易只能准确地用于该合约与给定的链Id。所有的细节，请查看EIP或我之前关于ERC20-Permit的文章。

好了，现在我们有了完整的交易哈希值和用户的签名。我们可以通过一个辅助工具提取byte32值来获得三个值r、s、v，这三个值是签名中的椭圆曲线签名值。uint8的v值只需要一个简单的转换。

使用ecrecover与给定的签名和交易哈希，可计算出一个签名者地址。如果这个地址与transaction.signerAddress相匹配，则签名确实有效。

function _isValidTransactionWithHashSignature(
    Transaction memory transaction,
    bytes32 txHash,
    bytes memory signature
) private pure returns (bool) {
    require(
        signature.length == 66,
        "META_TX: Invalid signature length"
    );

    uint8 v = uint8(signature[0]);
    bytes32 r = _readBytes32(signature, 1);
    bytes32 s = _readBytes32(signature, 33);
    address recovered = ecrecover(txHash, v, r, s);

    return transaction.signerAddress == recovered;
}

function _readBytes32(
        bytes memory b, uint256 index
) private pure returns (bytes32 result) {
    require(
        b.length >= index + 32,
        "META_TX: Invalid index for given bytes"
    );

    // Arrays are prefixed by
    // a 256 bit length parameter
    index += 32;

    // Read the bytes32 from array memory
    assembly {
        result := mload(add(b, index))
    }
    return result;
}

这就是常规的签名方案。如果你需要用户签署他自己的交易，它就能完美地工作。

但如果你想让智能合约创建有效的签名呢？

高级签名方案

一个更高级的使用场景是让智能合约签署元交易，但想象一下，用户把他的资金放在一个多签名的智能合约里面。这对于某些钱包来说已经很常见了。这个用户不能用EIP-712方案签署交易来创建一个有效的v、r、s签名。

这就是EIP-1271的作用，它允许智能合约来验证签名。标准本身没有说明合约如何做到这一点。唯一的定义是函数签名，其定义是：

function isValidSignature(
    bytes32 hash,
    bytes memory signature
) public view returns (bytes4);

其中有效签名的返回值为0x1626ba7e。如何实现签名逻辑则取决于智能合约开发者。

那么，我们怎样才能验证这样的签名呢？

你可以在下边看到一个实现的例子。使用staticcall，我们可以确保在调用过程中没有进一步的状态修改发生。如果结果成功并且有一个有效的returnData长度（这是非常关键的，见之前的0x bug），我们可以检查返回值是否符合0x1626ba7e。

function _staticCallEIP1271Wallet(
    address verifyingContractAddress,
    bytes memory data,
    bytes memory signature
) private view returns (bool) {
    bytes memory callData = abi.encodeWithSelector(
        IEIP1271Wallet.isValidSignature.selector,
        data,
        signature
    );

    (bool didSucceed, bytes memory returnData)
       = verifyingContractAddress.staticcall(callData);
    require(
        didSucceed && returnData.length == 32,
        "META_TX: EIP1271 call failed"
    );

    bytes4 returnedValue = _readBytes4(returnData, 0);
    return returnedValue == 0x1626ba7e;
}

你可能想允许更多的签名方法，比如预签名或拥有可以代表用户签名的运营商。请看0x这里中的现有类型，以获得一些灵感。

自己实现

到目前为止，我们已经看到了所有实现的关键部分，这应该让你对如何实现它有一个好的启发。我还建议你看一下：

1. 0x元交易的实现
2. Openzeppelin EIP-712支持
3. 实现签名部分的npm eip-712 库

Openzeppelin EIP-712库仍然是一个草案，但对链ID可能改变的分叉情况有额外支持。也可以看看0x代码，本博文中的很多实现都来自于此。

本翻译由 Cell Network 赞助支持。