深入剖析 ERC777
- BY_DLIFE
- 更新于 2024-04-24 21:09
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ERC777与ERC20兼容（兼容的意思就是ERC777的功能包括了ERC20的所有功能，实现兼容的方式就是，让ERC777直接继承IERC20接口。），同时引入了operator操作员的概念。
前置知识
ERC1820简介
ERC1820标准定义了一个通用的注册表合约，任何地址（不管是合约地址还是E0A账户地址）都可以注册它支持的接口以及哪个智能合约负责接口实现。
ERC1820代码解读
source code：链接。如果想看每个函数的各个参数代表什么意思，可以到这里：链接。
mapping(address => mapping(bytes32 => address)) internal interfaces：作用是保存某地址实现某接口的地址（说实话我感觉怪怪的，我感觉有点说不过去，举个例子：接口为I，A实现I的地址是B，换句话说就是，A用B地址来实现I接口，类似代理合约的逻辑，proxy基本上都是通过logic合约来执行逻辑）。
mapping(address => address) internal managers：作用是保存某地址的管理员
mapping(address => mapping(bytes4 => bool)) internal erc165Cached：作用是用作缓存表，用来记录某地址是否实现了 IERC165接口。
noThrowCall(address _contract, bytes4 _interfaceId)函数，的运作原理是_contract.staticcall(abi.encodeWithSelector(ERC165.supportsInterface.selector,_interfaceId))，即就是为了检测_contract合约是否实现了 IERC165且是否实现了指定接口_interfaceId。两个返回值的意思分别是，调用函数是否成功，返回值是否为true。
对于
noThrowCall()函数，可以查缺补漏。我好奇的是，对于 bytes4类型的 _interfaceId，执行
mstore(add(x, 0x04), _interfaceId)操作之后，再预存储的32bytes里，ta是会被放在左端还是右端，同理对mstore(x, erc165ID)也是一样好奇，但是按照编码规则calldata应该为：bytes4(functon.selector)+paramters，所以应该是放在左端，写过测试用例验证：pragma solidity ^0.8.0; contract TestAssembly { event msgdata(bytes); function test() public { emit msgdata(msg.data); } function noThrowCall(address _contract, bytes4 _interfaceId) public returns (uint256 success, uint256 result) { bytes4 erc165ID = 0xf8a8fd6d; assembly { let x := mload(0x40) // Find empty storage location using "free memory pointer" mstore(x, erc165ID) // Place signature at beginning of empty storage mstore(add(x, 0x04), _interfaceId) // Place first argument directly next to signature success := call( gas(), // 30k gas _contract, // To addr 0, // msg.value x, // Inputs are stored at location x 0x24, // Inputs are 36 (4 + 32) bytes long x, // Store output over input (saves space) 0x20 // Outputs are 32 bytes long ) result := mload(x) // Load the result } } }
当
_interfaceId为uint32类型时：pragma solidity ^0.8.0; contract TestAssembly { event msgdata(bytes); function test() public { emit msgdata(msg.data); } function noThrowCall(address _contract, uint32 _interfaceId) public returns (uint256 success, uint256 result) { bytes4 erc165ID = 0xf8a8fd6d; assembly { let x := mload(0x40) // Find empty storage location using "free memory pointer" mstore(x, erc165ID) // Place signature at beginning of empty storage mstore(add(x, 0x04), _interfaceId) // Place first argument directly next to signature success := call( gas(), // 30k gas _contract, // To addr 0, // msg.value x, // Inputs are stored at location x 0x24, // Inputs are 36 (4 + 32) bytes long x, // Store output over input (saves space) 0x20 // Outputs are 32 bytes long ) result := mload(x) // Load the result } } }
所以对于 bytes(n)类型的操作，写入方式为从高位写入（即左端写入），而对于uint(n)类型则是从低位写入（即右端写入）。
implementsERC165InterfaceNoCache(address _contract, bytes4 _interfaceId)函数，作用是在不使用或更新缓存的情况下检查合约是否实现IERC165接口，且是否实现 _interfaceId接口。检查的方式很简单，即调用noThrowCall()函数，只有当函数调用成功，且实现了 _interfaceId 接口（即 result==true ）时，该函数才返回true。
isERC165Interface(bytes32 _interfaceHash)函数用来检测，传入的接口hash值是不是IERC165接口，判断方法就是：对传入的参数进行与运算，如果后28为0，那么则判断该接口为IERC165接口。
implementsERC165Interface(address _contract, bytes4 _interfaceId)函数，作用是检查 _contract合约是否实现了 _interfaceId(多指IERC165)，如果不在缓存表中存储过，则通过implementsERC165InterfaceNoCache() 函数检测，如果在缓存表中，则判断用于实现 _interfaceId的合约是不是参数 _contract本身，yes return true，no return false。
updateERC165Cache(address _contract, bytes4 _interfaceId)函数，通过implementsERC165InterfaceNoCache()函数来判断 _contract 是否实现了 _interfaceId，如果实现了则更新 interfaces映射，同时更新缓存（这个换成始终都是被设置为true，有什么用呢？我的理解是，在implementsERC165Interface()函数中就用的了这个映射，如果这个映射的值为 fasle则会调用implementsERC165InterfaceNoCache()函数，那么如果值为true那么则不需要调用。那么这样一来就可以节约gas的花费了）。
getManager(address _addr)函数，查询某地址的管理员是谁，如果没有管理员，则返回自己（相对于自己的管理员是自己）。
setManager(address _addr, address _newManager)函数，设置管理员，确保只能是 _addr的管理员亲自调用，如果管理员给自己又设置一边管理员，那么managers[_addr] =address(0)，相对于重置管理员了，管理员变成了_addr自己。
getInterfaceImplementer(address _addr, bytes32 _interfaceHash)函数，查询地址是否实现了接口以及通过哪个合约实现的，如果 _addr是零地址则将 _addr看作是msg.sender。先判断是 IERC165接口hash吗，如果是，则通过implementsERC165Interface()来获取实现的地址，如果不是则通过映射interfaces来查看。
setInterfaceImplementer(address _addr, bytes32 _interfaceHash, address _implementer)：设置某个地址的接口由哪个合约实现，需要由管理员来设置，待设置的关联接口的地址（如果'_addr'是零地址，则假定为'msg.sender'），而且 _interfaceHash 不能为 IERC165，然后通过实现者_implementer的canImplementInterfaceForAddress()函数来检测，如果实现了则通过。这个函数可以在这里：链接看到实现逻辑（这里需要注意重入风险，具体情况具体分析）。
注：ERC1820ImplementerInterface(_implementer).canImplementInterfaceForAddress(_interfaceHash, addr)这行代码很重要，有重入风险，同时要求实现者_implementer必须按要求返回指定的值ERC1820_ACCEPT_MAGIC。
总结
ERC1820协议主要用于以太坊智能合约的接口查询和管理。它为智能合约之间的交互提供了标准化的方式，使得合约可以公开声明并查询它们所实现的接口。这对于智能合约的互操作性和扩展性非常重要。
以下是一些具体的应用场景：
- 合约功能发现：通过ERC1820协议，合约可以公开声明它们实现的接口，其他合约就可以查询这些接口，了解如何与该合约交互。这使得合约之间的交互更为灵活和高效。
- 合约升级：智能合约一旦部署，其代码就不能更改。但是，通过ERC1820协议，可以将接口实现的逻辑放在另一个可以升级的合约中。这样，即使主合约的代码不变，也可以通过更改实现接口的合约来升级功能。
- 合约互操作性：ERC1820协议支持任意接口的注册，这使得不同的合约可以实现和支持各种各样的接口，大大增强了合约之间的互操作性。
- 合约安全性：ERC1820协议的查询机制可以避免对未实现特定接口的合约进行错误的调用，从而增加了智能合约的安全性。
总的来说，ERC1820协议的作用就是提供了一种标准化的方式，让智能合约可以公开声明和查询接口，从而简化了合约之间的互动。
有了这些前置知识，就可以继续学习ERC777了。
1. ERC777简介
这是是官方文档的说明：链接。我记录的是我读文档和代码的自我理解。
ERC777与ERC20兼容（兼容的意思就是ERC777的功能包括了ERC20的所有功能，实现兼容的方式就是，让ERC777直接继承IERC20接口。），同时引入了operator操作员的概念，操作员可以代表另一个地址（合约或者普通账户）发送代币，这个操作员的身份类似始于ERC20中被 某地址执行 approve操作后的身份，可以托管授权这的资产。同时还引进了sender和receiver的钩子函数（hooks）让代币持有者和代币接收者能有更多的处理。而且ERC777还采用了ERC1820标准的优点，可以判断某合约是否实现ERC777协议的相关接口，更重要的是还可以将sender/receiver的钩子函数放到 地址的 implement去处理，这样一来，使得整个代币体系更丰富，拓展性也大大增强。
2. ERC777代码解读
源码来自 openzeppelin：链接。阅读该代码必须要有ERC1820的前置知识，ERC777的源码可以分为core和hooks部分。
2.1 Core部分
解读 ERC777.sol
constructor(string memory name,string memory symbol,address[] memory defaultOperators) 构造函数：在部署ERC777合约的时候，就需要传入默认的 operator，而且默认的 operator不能进行增加和删除操作。而且还会将自身添加到 ERC1820注册表中_erc1820.setInterfaceImplementer(address(this), keccak256("ERC777Token"), address(this));这行代码的意思就是，记录address(this)地址实现ERC777Token接口的合约地址是address(this)，换句话就是 “我”自己实现了 ERC777接口，并将其记录在注册表中。
2.1.1 View Funciotns
name() symbol() decimals() totalSupply() balanceOf()这几个函数和ERC20的用法一样。需要注意的是：granularity()函数，granularity必须在创建的时设置，且不能修改这个值。同时还要保证这个值必须 >=1，执行 铸币，销币，发送操作的资产数量必须是 granularity的整数倍，否则就会被revert（如何理解呢，举个例子，比如granularity的值是2，执行mint操作的时候，mint(to,3)就会报错，因为3%2!=0。）但是在 oppenzepelin源码中，granularity的值被设置为了1，所以可以不要太多考虑这个因素。
2.1.2 Operators
操作员是ERC777引入的一个新概念，有普通操作员和默认操作员之分。
- 普通操作员：即是代币的 holder亲自给 operator授权的，该 operator只能操作 该holder的代币。
- 默认操作员：即合约初始化设置的操作员，ta的权限是最大的，默认情况下它可以操作所有人的代币，类似于管理员。但是用户可以自行将其移除权限，这样一来ta就不能操作自己的tokens了。
先理解三个mapping：
// Immutable, but accounts may revoke them (tracked in __revokedDefaultOperators).
mapping(address => bool) private _defaultOperators;
// For each account, a mapping of its operators and revoked default operators.
mapping(address => mapping(address => bool)) private _operators;
mapping(address => mapping(address => bool)) private _revokedDefaultOperators;-
_defaultOperators：保存某地址是不是默认操作员，在函数初始化的时候赋值。 -
_operators：保存 某地址是不是某代币holder的操作员，传参的方式为：_operators[tokenHolder][operator]。 -
_revokedDefaultOperators：保存某地址是否移除了默认操作员，传参的方式为：_revokedDefaultOperators[tokenHolder][operator])。
函数理解：
isOperatorFor(address operator,address tokenHolder)查看该 operetor是不是tokenHolder的操作员，如果 operator和tokenHolder相等则返回true（因为每个tokenHolder是自己的operator）。如果不等，则需要判断operator是不是默认操作员，同时该默认操作员不能被该tokenHolder取消授权过，如果是且没有取消授权则返回true。第三个代码段_operators[tokenHolder][operator]则是查看tokenHolder是否对operator授权了，yes true，no false。
authorizeOperator(address operator)msg.sender（tokenHolder）为 指定 operator执行授权操作，需要注意的是 msg.sender不能等于operator，否则revert，因为msg.sendedr本身就是自己的操作员，所以不能再次授权。还需要判断该 operator是不是默认操作员，如果是则执行delete _revokedDefaultOperators[msg.sender][operator]操作（即将该值变成false），如果不是默认操作员，则将 operators映射的值更新为true（授权成功）。
revokeOperator(address operator)msg.sender（tokenHolder）撤销 指定 operator操作员身份，需要注意的是 msg.sender不能等于operator，否则revert，因为msg.sendedr本身就是自己的操作员，所以不能撤销自己。如果 operator是默认操作员，则_revokedDefaultOperators[msg.sender][operator] = true这样一来默认操作员便不能操作msg.sender的tokens了。如果不是默认操作员，则将operator的值更新为false。
defaultOperators()返回默认操作员列表。
2.1.3 Send Tokens
function _callTokensToSend(
address operator,
address from,
address to,
uint256 amount,
bytes memory userData,
bytes memory operatorData
)
private
{
address implementer = _erc1820.getInterfaceImplementer(from, TOKENS_SENDER_INTERFACE_HASH);
if (implementer != address(0)) {
IERC777Sender(implementer).tokensToSend(operator, from, to, amount, userData, operatorData);
}
}_callTokensToSend函数，先通过注册表getInterfaceImplementer(from, TOKENS_SENDER_INTERFACE_HASH)查看 tokenHolder 用来实现IERC777TokensSender接口的合约地址ADDRESS，如果有则调用ADDRESS中的tokensToSend函数。
function _callTokensReceived(
address operator,
address from,
address to,
uint256 amount,
bytes memory userData,
bytes memory operatorData,
bool requireReceptionAck
)
private
{
address implementer = _erc1820.getInterfaceImplementer(to, TOKENS_RECIPIENT_INTERFACE_HASH);
if (implementer != address(0)) {
IERC777Recipient(implementer).tokensReceived(operator, from, to, amount, userData, operatorData);
} else if (requireReceptionAck) {
require(!to.isContract(), "ERC777: token recipient contract has no implementer for ERC777TokensRecipient");
}
}_callTokensReceived函数，先通过注册表getInterfaceImplementer(from, TOKENS_RECIPIENT_INTERFACE_HASH)查看 tokenHolder 用来实现IERC777Recipient接口的合约地址ADDRESS，如果有则调用ADDRESS中的tokensReceived函数，如果没有还需要判断传入的参数requireReceptionAck，如果参数为 true，那么则需要检测接收者to是否为合约地址，如果是合约地址则revert（其目的即使为了保证contract receiver必须实现 ERC777TokensRecipient）。
function _move(
address operator,
address from,
address to,
uint256 amount,
bytes memory userData,
bytes memory operatorData
)
private
{
_balances[from] = _balances[from].sub(amount);
_balances[to] = _balances[to].add(amount);
emit Sent(operator, from, to, amount, userData, operatorData);
emit Transfer(from, to, amount);
}_move函数则是负责更新余额，修改Holder和receiver的代币余额。
function _send(
address operator,
address from,
address to,
uint256 amount,
bytes memory userData,
bytes memory operatorData,
bool requireReceptionAck
)
private
{
require(from != address(0), "ERC777: send from the zero address");
require(to != address(0), "ERC777: send to the zero address");
_callTokensToSend(operator, from, to, amount, userData, operatorData);
_move(operator, from, to, amount, userData, operatorData);
_callTokensReceived(operator, from, to, amount, userData, operatorData, requireReceptionAck);
}ERC77 Token转移代币的逻辑，基本上都离不开这个函数。该函数要求 tokenHolder和receiver不能为零地址。先调用 tokenHolder的钩子函数，再更新账户的余额，最后调用receiver的钩子函数。
operatorSend(
address sender,
address recipient,
uint256 amount,
bytes calldata data,
bytes calldata operatorData
)调用该函数需要判断 msg.sender是不是 sender的operator。随后调用 _send函数。
send(address recipient, uint256 amount, bytes calldata data)这是提供给tokenHolder的函数，因为调用_send函数的方式为：_send(msg.sender, msg.sender, recipient, amount, data, "", true);自己是自己的操作员，同时还要求接收者必须实现ERC777TokensRecipient接口（如果接收者是合约地址）。
transfer(address recipient, uint256 amount)功能类似于send函数，也是提供给 tokenHolder 的函数。不过不同于send函数是，transfer不能传userdata，而且，如果recipient是合约地址的话，不需要满足合约地址一定要实现ERC777TokensRecipient接口的要求（前提是接收者不不能为零地址）。
transferFrom(address holder, address recipient, uint256 amount)功能类似ERC20中的transferFrom函数，需要 tokenHolder为 msg.sender授权，并且检查授权额度的操作在_approve(holder, spender, _allowances[holder][spender].sub(amount))，函数体没有显示的判断授权额度，而是通过了直接减的方法来验证，如果amount大于授权额度这个减法操作肯定会报错，也算一种另类的隐式检验了。
2.1.4 Mint & Burn Tokens
_mint(
address operator,
address account,
uint256 amount,
bytes memory userData,
bytes memory operatorData
)铸币功能，铸多少币 _totalSupply 就要加多少。 铸币会调用_callTokensReceived函数，tokenHolder为零地址，而且还需要检测 recipient，如果recipient是合约地址的话，不需要满足合约地址一定要实现ERC777TokensRecipient接口的要求（前提是接收者不不能为零地址）。
注：在调用_mint()函数的函数中，要严格添加访问控制，因为 _mint()函数本身没有访问控制，避免出现人人可铸币的现象。
_burn(
address operator,
address from,
uint256 amount,
bytes memory data,
bytes memory operatorData
)销币功能，私有函数，销毁多少币，_totalSupply 就要减多少。销币回调用_callTokensToSend函数，recipient为零地址。
operatorBurn(address account, uint256 amount, bytes calldata data, bytes calldata operatorData)外部销币函数，必须要满足isOperatorFor(msg.sender, account)才能成功调用。
2.2 Hooks部分
2.2.1 ERC777TokensSender :: tokensToSend Hook
这是一个执行转账或销币的前置钩子函数，即在执行转账之前需要从 ERC1820注册表中获取 实现接口的合约implementer，并执行 implementer合约中的tokensToSend ()函数，执行该钩子函数的逻辑。至于是什么逻辑，具体取决于合约的编写者，如果是执行恶意操作则可能会造成资金损失（重入攻击)。
涉及到的函数有：transferFrom() transfer() send() operatorSend() operatorBurn()。
2.2.2 ERC777TokensRecipient :: tokensReceived Hook
这是一个执行转账或铸币的后置钩子函数，即在执行转账之后（更新完账户余额，即执行完 _move()函数）需要从 ERC1820注册表中获取 实现接口的合约implementer，并执行 implementer合约中的tokensReceived()函数，执行该钩子函数的逻辑。逻辑取决于合约的编写者，如果是执行恶意操作则可能会造成资金损失（重入攻击)。
涉及到的函数有：transferFrom() transfer() send() operatorSend() _mint()。
2.2.3 Hook的工作原理复现
复现原理为：address(this)通过 operatorSend(address(this), address(this), 0, "", "")自己给自己转账，再执行转账之前，将address(this)的实现 IERC777Sender接口的合约为 sender，并写入注册表中；同理将address(this)的实现 IERC777Recipient接口的合约为 recipient，并写入注册表中。复现旨在说明，执行转账操作时，余额更新前后可以做一系列操作，需要注意防范。在 sender::tokensToSend输出事件emit BeforeMove(operator, from, to, amount, "====== BeforeMove() ======")，在recipient::tokensReceived也输出事件emit AfterMove(operator, from, to, amount, "====== AfterMove() ======")。
TestHooks.sol
// SPDX-License-Identifier: UNLICENSED
pragma solidity ^0.8.13;
import "forge-std/Test.sol";
import {IERC777Sender} from "./IERC777Sender.sol";
import {IERC777Recipient} from "./IERC777Recipient.sol";
import {IERC1820Registry} from "../ERC1820/IERC1820Registry.sol";
import {ERC777} from "./ERC777.sol";
contract TestHooks is Test {
string constant ERC1820_PATH = "out/ERC1820.sol/ERC1820Registry.json";
string constant ERC777Sender_PATH = "out/IERC777Sender.sol/ERC777Sender.json";
string constant ERCRecipient_PATH = "out/IERC777Recipient.sol/ERC777Recipient.json";
// string constant ERC777_PATH = "../../../out/ERC777.sol/ERC777.json";
IERC777Sender sender;
IERC777Recipient recipient;
IERC1820Registry registry;
ERC777 erc777;
address[] defaultOperators;
// to deploy these contracts
function setUp() public {
sender = IERC777Sender(deployer(ERC777Sender_PATH));
recipient = IERC777Recipient(deployer(ERCRecipient_PATH));
registry = IERC1820Registry(deployer(ERC1820_PATH));
// erc777 = ERC777(deployer(ERC777_PATH));
defaultOperators.push(address(this));
erc777 = new ERC777("TOKEN", "token", address(registry), defaultOperators);
}
function pre_test() internal {
// address(this)作为 defaultOperator
// 1. address(this)用来实现 tokensToSend 函数的合约是 sender，将其写入注册表
registry.setInterfaceImplementer(address(this), keccak256(abi.encodePacked("ERC777TokensSender")), address(sender));
// 2. address(this)用来实现 tokensReceived 函数的合约是 recipient，将其写入注册表
registry.setInterfaceImplementer(address(this), keccak256(abi.encodePacked("ERC777TokensRecipient")), address(recipient));
}
function test_Hooks() public {
pre_test();
// 通过自己给自己转账，触发 sender和recipient中的hook函数
erc777.operatorSend(address(this), address(this), 0, "", "");
}
// 部署合约
function deployer(string memory path) internal returns (address addr_) {
bytes memory creationCode = abi.encodePacked(vm.getCode(path));
assembly {
addr_ := create(0, add(creationCode, 0x20), mload(creationCode))
}
}
}
3. ERC777的安全隐患
ERC777协议存在的安全隐患便是：重入漏洞（基本上就是在
tokensToSend()和tokensReceived()）。该漏洞存在于_callTokensToSend()和_callTokensReceived()。具体的攻击事件和攻击步骤，后面再补充。
码字不易，请点个赞😜再走呗~
