ETH:以太坊账号抽象ERC4337的过审方案解读(上）

前言

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\nOpenZeppelin的审计，通过各项测试，目前审计后的合约已经顺利部署在以太坊主网以及若干测试网，后续可在各EVM兼容链上运作包括\nPolygon、Optimism、Arbitrum、BNBSmartChain、Avalanche和GnosisChain等。本文将梳理4337标准的实现机制、审计报告结论与最新行业进展

1、账号抽象的背景

1.1、为什么产权分离是账户抽象的目标？

目前在以太坊中有两种账户，分别为外部账户和合约账户。外部账户的所有权和签名权理论上是同一个体单位持有的；简单来讲，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」。所以当前以太坊上所有权和签名权是一体的，这样的外部账户设计可能会衍伸出一些值得讨论的问题：私钥难保护：用户失去私钥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，单签即可执行任意操作多币种受限：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。其次单纯的合约钱包也有一定问题：对合约钱包的操作必须由EOA发起，每笔交易将多消耗21000Gas。。需要EOA有足够的ETH来支付Gas，或者依靠Relayer支付Gas。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其次，用户需要处理复杂的费用逻辑，Gasprice、Gaslimit、事务阻塞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。破局之道在于实现账户抽象，将所有权和签名权解耦，从而才能逐个解决上述问题拓展阅读：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虽然也有出现若干折中方案，如多签钱包和无需Gas的元交易机制，接下来咱们展开探讨。1.2、EIP-4337与折中方案对比

以太坊网络本周已销毁5.32万枚ETH:金色财经报道，据Ultrasound数据显示，截止目前，以太坊网络本周总共销毁53243.09枚ETH。其中，OpenSea销毁4069.74枚ETH，ETHtransfers销毁5565.25枚ETH，UniswapV2销毁4363.38枚。注：自以太坊伦敦升级引入EIP-1559后，以太坊网络会根据交易需求和区块大小动态调整每笔交易的BaseFee，而这部分的费用将直接燃烧销毁。[2021/12/13 7:35:09]

1.2.1、折中1-多签合约钱包方案多签钱包，即用智能合约实现多签功能的钱包合约账户。以\nSafe多签钱包为例，可以设定钱包的多签规则，如三人共管、两人签名可执行交易，而Argent\n钱包的做法也类似，创新点是引入所谓的监护人机制，对用户更友好，用户可以设定其他EOA\n账户或邮件/手机作为监护人，监护人可以许可交易、锁定钱包、协助恢复钱包。这样的做法给用户带来了便利，但由于它的钱包软件、钱包合约及后端程序的功能很复杂，它的方案很难成为行业通行的标准做法。总之，这里很多的优点都源于合约本身的高度定制能力，同样的缺点则是依赖于EOA账户做管理员来驱动，这本质是签名算法的局限性。相比之下对比传统多签合约钱包的方案，4337的优势则是可以自定义签名算法。这里的签名只需和合约中签名的算法绑定的，而签名这件事本身可以有多种算法实现，不同算法性能和交互模式不同，而这将带来的核心变化是，如更好的将签名的功能转入手机设备端实现从而实现便携的硬件钱包。这点主要的挑战是安卓等设备开放性过高，不可能私钥存手机，需要单独的签名芯片等。1.2.2、折中2-元交易标准这点优化折中针对的是用户执行链上行为必须依赖已有ETH作为手续费，采用元交易标准后用户体验上：用户虽然账户中没有ETH，但可仍通过网?界面铸造NFT：用户仅需签即可，我们创建交易、为之代付燃料费、将之提交上链执行。幕后执行上：用户对结构化数据进行签名，这个数据与签名是要求NFT合约铸造一个NFT给他数据与签名被发送给中继器链下中继器向链上发起交易，送到链上可信的传递者合约（Forwarder)而NFT合约是定制的，会将这样方式传递的交易中的原始发起者视为是用户，而非msg.sender因此在最终的NFT合约中，执行的NFTMint得到的对象就不是原始标准中的交易发起者了例如最近火热的Lens免gas方案，就是非常标准的元交易执行模式，已经累计有上千万笔代付交易了

数据：以太坊链上NFT销售总额突破80亿美元 创历史新高:金色财经报道，根据最新数据显示，以太坊链上NFT销售总额突破80亿美元，创下历史新高，本文撰写时为8,041,063,403美元，链上交易数量为3,575,620笔。此外，NFT链上销售总额突破120亿美元，目前为12,146,606,738美元，同样创下历史新高，其中以太坊链上NFT销售额最高，Ronin链上NFT销售额位居第二，为2,587,527,511美元。[2021/10/22 20:48:51]

这个方案是有效的，但有两个缺点：它引入了一个我们必须信任的链下?色中继器。如果他宕机了，或者有作恶的动机，则可能存在?险。我们最终交互的合约必须定制。这导致而无法与链上已经存在的、未定制的合约进行交互，这大幅减少能够适用的范围。为什么用这么多篇幅来讲述合约钱包和元交易呢？因为4337的实现里本身几乎就能涵盖上述的优点拓展阅读：EIP-4337标准智能钱包实践研究报告：全景式呈现4337标准实例实现过程及机遇探讨https://research.web3caff.com/zh/archives/46602、为什么4337可以实现产权分离？

现在在去中心化的领域是不存在免费的信任，身份验证必须基于密码学证明，所以无论哪种提案都是需要管理某种意义的私钥，而要实现体验上的折中，首要打破的就是目前账户权限的过于集中，整体改造方式按针对的对象或者环节可以分成三种大方向：改造链上交易类型改造链上主体对象改造上链交易打包过程在下图，EIP-4337方案纳入了最新路线图，这也宣告着以太坊最终在这两条路径中做出了决定。

以太坊L2交易处理量超过比特币:金色财经报道，最近几个月，随着gas费再次攀升，以太坊二层扩展协议采用率再次上涨，根据最新数据显示，L2生态系统现在处理的交易量比比特币网络更多。按照行业分析师兼Week In Ethereum News创始人Evan Van Ness整理的CoinMetrics数据显示，9月6日，以太坊二层协议处理了大约250,000笔交易，而比特币网络处理的交易量为210,000笔。这位分析师透露，以太坊L2交易量上主要因为dYdX交易所和L2 NFT平台Immutable X等多个DeFi平台处理了大量交易，约为143,000笔。（cointelegraph）[2021/9/7 23:05:53]

EIP-4337是迄今为止是AA的最佳方案。被选用的核心原因是EIP-4337完全避免了共识层协议更改，使用标准中提出了新的事务对象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。是个任何人可以开发链上合约，任何人可以自运行捆绑器的去中心化模式。2.1、4337运作原理

后续深入理解最新进展所面临的难题和挑战还是需要先理解原理，咱们从涉及的角色，分工，对照传统交易的执行流程来梳理。2.1.1、4337标准涉及的角色ERC-4337有五个主要组成部分：UserOperation、Bundler、EntryPoint、WalletContract和PaymasterContract。

以太坊未确认交易为100,577笔:金色财经消息，据OKLink数据显示，以太坊未确认交易100,577笔，当前全网算力为239.32TH/s，全网难度为3.21P，当前持币地址为48,091,135个，同比增加103,855个，24h链上交易量为3,970,895.91ETH，当前平均出块时间为13s。[2020/9/30]

UserOperations用户操作对象，是用于与合约账户执行交易的伪交易对象。这些是由创建者的应用程序所创建的。Bundlers捆绑器，可能是某个矿工，从内存池中打包UserOperations并将它们发送到区块链上的EntryPoint合约的参与者。EntryPoint入口点合约，是处理交易验证和执行逻辑的智能合约。WalletContracts是用户最终拥有的链上身份，属于智能合约帐户。PaymasterContracts是可选的代付智能合约。2.1.2、4337交易的执行流程

我们来重新按完成一笔以太坊转账的流程来梳理下按照ERC-4337实现的交易是怎样的：打开钱包：用户管理持有的私钥工具，如Metamask，Bitkeep，Bitizen等。交易签名：用私钥对新的若干字段做签名操作，称之为UserOperation用户操作对象。发送交易：称之为Bundlers打包者或是捆绑器，本质仍是由某个负责出块的矿工操作。矿工打包：bundlers把用户发送的操作签名解析验证后由矿工单独再签名一笔交易来包裹用户的指令，批量地将用户的操作指令转发到某个合约钱包中再由合约来验证用户的签名并执行。由于交易是矿工签名并发送的，因此from是矿工，原先用户的签名和指令在则在参数之中。打包发送到作为路由器的智能合约中，执行验证并且进一步转发到各用户独立的合约钱包。入口点合约验证：EntryPoint是处理交易验证和执行逻辑的智能合约。会反复和用户的合约账户进行交互以及验证，确保最终链上打包必然成功，否则全部交易都要回退。出块流程：完全不变。2.2、功能举例：入口点合约

ConsenSys Codefi宣布与六位成员进行以太坊2.0股权试点计划:2020年6月16日，ConsenSys Codefi正在推出一个具有机构功能的以太坊2.0 股份即服务平台，用于交易所，保管人，基金，钱包和其他潜在客户。今天，Codefi透露了其首批试点计划参与者，旨在在以太坊2.0发布之前设计和构建Codefi Staking API时纳入反馈和功能要求。通过完成该试点计划，合作伙伴对以太坊2.0有了更深入的了解，并有机会率先进入市场，为其客户提供以太坊2.0抵押功能。Binance，Crypto.com，DARMA Capital，Huobi Wallet，Matrixport和Trustology为最早加入Codefi Staking试点计划的公司。（Coindesk）[2020/6/16]

迁入4337后，对任何账户的调度都需要先经过入口点合约，他需要解决的是如果用户的「钱包合约」尚未部署，则用UO中的initCode字段去部署合约循环验证组合交易中UserOperation既有链下模拟验证也在合约也提供链上验证管理质押费计算gas成本，既要用于收取用户，也需要面对失败交易补偿捆绑器3、为什么持续要关注ERC-4337？

ERC-4337的高开发投入以及快速的迭代进度，说明他能快速成为最终提案、并被各种应用广泛接纳、真正成为事实性行业标准，他带来的核心价值是大幅度降低普通用户使用Web3应用的门槛。届时，一个应用能否兼容ERC-4337，则将影响自己能否利用整个以太坊生态的其他组件、以快速发展。后续的DApp应用，也将必然需要能兼容从账户主体已然转移向ERC-4337的用户们。最终验证市场的还是用户本身，实现的方案是复杂的，这也仅仅是对于应用方的复杂对于用户本身而言，最终他们能够看到的是：更流畅的交易体验，类似购物车，即使面对10个市场也能够一笔交易完成打包。更安全的接入入口，借助4337的自定义签名算法能力，使用手机专属安全芯片而无需携带硬件钱包，更沉浸的游戏环境，借助paymaster的代付能力，乃至可以定义半小时内的不超过XX金额的交易免除签名，避免了一场游戏被场外打断。真正的链上主体，可以被社交恢复，可以更换私钥密码，可以做交易的风险分层分级，兼容安全与使用便捷。如此种种对终端用户体验的提升，都是最终为什么要如此费力的推进ERC-4337的原因。上篇更多是围绕ERC-4337运作机制、背景进行说明。下篇详细讲述当前被审计方案的优缺与实施细节，但涉及较多以太坊底层所以阅读难度较高，投稿在Web3Caff平台的research频道。阅读原文：https://research.web3caff.com/zh/archives/6900参考文献https://cointelegraph.com/news/ethereum-erc-4337-smart-accounts-launch-at-walletcon-account-abstraction-is-herehttps://blog.openzeppelin.com/eip-4337-ethereum-account-abstraction-incremental-audit/#conclusionshttps://blog.openzeppelin.com/eth-foundation-account-abstraction-audit/https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-4337https://hackmd.io/@erc4337/test-suitehttps://www.youtube.com/watch?v=eyT6WzJmWychttps://notes.ethereum.org/@yoav/unified-erc-4337-mempool#What-does-censorship-resistance-require-of-ERC-4337https://github.com/eth-infinitism/account-abstraction/issues/188https://notes.ethereum.org/@yoav/unified-erc-4337-mempoolhttps://github.com/eth-infinitism/account-abstraction/blob/develop/reports/gas-checker.txt#enroll-beta

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