ION:全面理解智能合约升级

译文出自：登链翻译计划

译者：Tiny熊

从技术角度对不同的以太坊智能合约升级模式和策略进行了调查，并提供了一套有关升级管理和治理的良好实践和建议。

什么是智能合约升级？

对于以太坊开发人员来说，智能合约升级并不是一个新概念。最早的升级模式之一可以追溯到2016年5月的NickJohnson的gist，是在4年前的时间，几乎覆盖了整个以太坊的历程。

从那时起，智能合约升级工作进行了很多的探索、出现了各种不用的实现方式。升级既可以用作在出现漏洞时进行修复，也可以用作逐步添加新功能来迭代系统开发。

但是，由于智能合约升级带来的技术复杂性以及它们可能对真正的权力下放构成威胁，因此围绕智能合约升级也存在很多争议。在这篇文章中，我们将讨论这两个问题。我们将介绍不同的升级实现，并回顾一些成功的示例，并讨论每个示例的优缺点。然后，我们将回顾一些用于治理和管理的良好实践，以减轻向系统添加升级选项的中心化风险。

让我们首先定义智能合约升级的含义：

什么是智能合约升级？智能合约升级是一种在保留存储和余额的同时，而又可以任意更改在地址中执行代码的操作。

但是在我们深入进行升级之前，我们将介绍一些无需实施全面升级即可更改系统的策略，这些策略可以作为升级的简单补充。

请坐稳了，这将是一个很长的文章。

IMF：实现有效的加密货币监管，需要全面、一致和协调的全球标准:金色财经报道，国际国币基金组织（IMF）发布稳定币报告。报告称，作为一种潜在的价值储存和对冲通货膨胀和汇率波动的手段，以美元计价的稳定币在新兴市场和发展中经济体中越来越受欢迎。汇率波动，提高了美元化和加密货币化的风险。大型金融机构在储备金管理、托管和其他领域的参与储备管理、保管和发行等领域，有可能迅速产生新的风险。此外，稳定币和股票市场之间已经观察到较高的波动相关性。特别是在最近的市场压力时期。如果没有适当的监管，传统金融和加密货币生态系统之间的传染风险将会增加。

要实现有效的加密货币监管，需要全面、一致和协调的全球标准，尤其是加密货币的监管和监督，特别是对稳定币及其更广泛的生态系统。虽然具体部门的全球标准是有用的，但跨部门的协调对于实现有效的加密货币生态系统的监管框架至关重要。监管框架，特别是稳定币。金融稳定委员会

(FSB)完全可以在协调和建立全球标准方面发挥主导作用，以支持各国对加密货币资产的监管，包括对稳定币的监管。[2022/9/27 22:33:32]

升级替代方案

有许多策略可用于修改系统而无需完全升级。一个简单的解决方案是通过迁移来更改系统：部署一组新合约，将必要状态从旧合约复制到新合约(有时可以无信任地完成)，根据社区共识，让社区开始与新合约进行交互。

本节中列出的升级策略可用于以可预测的方式修改系统，这与升级不同。修改系统这是根据已有的规则来进行管理，在更改时系统的行为更加可预测。让我们研究其中一些策略。

国家发改委新闻发言人孟玮：下一步我们将以产业式集中式“挖矿”、国有单位涉及“挖矿”和比特币“挖矿”为重点开展全面整治:11月16日消息，国家发展改革委新闻发言人孟玮：下一步，我们将以产业式集中式“挖矿”、国有单位涉及“挖矿”和比特币“挖矿”为重点开展全面整治。对执行居民电价的单位，若发现参与虚拟货币“挖矿”活动，将研究对其加征惩罚性电价，形成持续整治虚拟货币“挖矿”活动的高压态势。（中国网）[2021/11/16 6:54:29]

参数的配置

简单地调整合约中的一组参数，可修改范围非常有限，以至于我怀疑是否将其包含在此列表中。一个很好的例子是MakerDAO的稳定费率,这是在合约中可设置的数值，它会改变系统的行为。该值经常更改，并且由于其含义很清楚，因此可以放心地执行操作。

但是，重要的是要了解系统对这些参数中设置的极值的反应。任意高昂的费用或零费用都可能导致系统停止运行，甚至使攻击者能够窃取所有资金。在合约中硬编码合理范围的参数值通常是一个好主意，并以此作为保障措施。

合约注册表

由多个合约组成的系统可能依赖合约注册中心。每当合约A需要与B进行交互时，它首先会查询注册表以获得B的地址。通过对注册表的修改，管理员可以将B替换为替代实现B'，从而改变其行为。AAVE的早期版本使用了这种模式。

但是，此机制在切换到B'时不会保留B的状态，如果需要手动迁移，则可能会出现问题。此模式的某些版本通过将逻辑和存储合约解耦来缓解这种情况：状态保持在不变的存储合约中，并且只能根据需要更改的业务逻辑合约。我们将在本文后面部分深入探讨逻辑和存储合约分离。

上市矿企Argo完成4500台加密矿机安装，已全面投入运营:英国上市公司Argo Blockchain PLC(LON:ARB) (OTCQX:ARBKF)表示，11月份从Celsius Network租赁的4500台比特大陆蚂蚁矿机S19和S19 pro加密货币矿机已按时安装，目前已全面投入运营，其算力大约增加430 petahash。（ProactiveInvestors）[2021/2/26 17:55:58]

这种模式的另一个缺点是，它也为外部客户端带来了额外的复杂性，这些外部客户端在与系统交互之前也需要调用注册表。可以通过添加具有不可变接口的外部包装接口来减轻这种情况，该包装接口负责管理注册表查找。

策略模式

策略模式是更改合约中部分特定功能函数的代码的简便方法。替代在调用合约中实现函数来执行特定功能，而是通过调用单独的合约来处理该任务，通过切换该合约的实现，可以有效地在不同的“策略”之间进行切换。

Compound就是一个很好的例子，它具有不同的RateModel实现计算利率及其CToken合约可以在它们之间切换。由于已知更改仅限于系统的特定部分，这可以轻松地推出修复程序或在费率计算上改进gas消耗。当然，一个恶意利率模型实现可以设置为始终还原和停止系统，或为特定帐户提供任意高的利率。尽管如此，限制系统更改的范围仍使对这些更改的推理更加容易。

可插拔模块

策略模式的一个更复杂的变体是可插拔模块，其中每个模块都可以向合约添加新函数。在此模型中，主合约提供了一组核心不变的函数，并允许注册新模块。这些模块为核心合约增加了可调用的新函数。这种模式在钱包中最为常见，例如GnosisSafe或InstaDapp。用户可以选择将新模块添加到自己的电子钱包中，然后每次调用钱包合约时都要求从特定模块执行特定函数。

动态 | 谷歌称其量子计算机已实现“量子霸权”，将全面迈入量子计算时代:谷歌研究人员本周在刊登在美国航天局NASA的网站一篇论文中表示，谷歌的处理器能够在3分20秒内执行完成当今最强大的超级计算机Summit需要10000年才能完成的计算。研究人员表示，这意味着谷歌的量子计算机已实现了“量子霸权（quantum supremacy）”，量子霸权是量子计算设备解决经典计算机实际上无法解决的问题的潜在能力。同时该研究人员预测，此次标志着迈向全面量子计算时代的里程碑，根据摩尔定律的指数速度，量子计算机的能力将以“双指数速度（double exponential rate）”发展。但研究人员也表示，该系统只能进行单一的、技术性很强的计算，使用量子计算机解决实际问题还需要数年时间。目前该论文已经从NASA网站撤回。据悉，目前国际密码学公认基于Hash函数的数字签名（Hash-based cryptography）能抗量子计算机攻击，如Merkle在 1989 年提出的认证树签名方案，它的安全性基于Hash函数的安全性。目前尚未存在有效针对一般Hash函数的量子计算机攻击。（金融时报）[2019/9/21]

请记住，此模式要求核心合约没有漏洞。无法通过在此方案中添加新模块来修补管理模块本身上的任何漏洞。此外，根据实现方式的不同，新模块可能有权通过使用委托调用方式(DELEGATECALL，下面会进一步解释)代表核心合约运行任何代码，因此也应仔细检查它们。

升级模式

动态 | IOST与预言家达成合作 全面部署IOST DeFi生态:近日，预言家Prophet正式加入IOST生态，将在IOST上以预测市场为切入，全面进行DeFi的部署。官方表示：预计在一个月内，预言家将携带预测DApp登陆IOST，支持IOST生态。此后，预言家也将打造去中心化金融、去中心化资产交易和资产管理的模块，并同步在IOST进行部署。此外，预言家已正式加入IOST节点合伙人计划，将与IOST共建节点合伙人生态。据悉，IOST目前正在DeFi领域积极布局，丰富其多元的主网生态。[2019/7/25]

在前面不太简短的介绍之后，是时候进入实际的合约升级模式了。这些模式中的大多数都依赖于EVM原语(DELEGATECALL操作码)，因此让我们从其工作原理的简要概述开始。

委托调用

在常规的CALL-消息调用中，合约A向B发送payload数据。合约B响应此payload数据执行其代码，可能会从其自己的存储中读取或写入数据，然后将响应返回给A。当B执行其代码时，它可以访问有关调用本身的信息，例如msg

}

由于代理在实现中使用了委托调用，因此就好像它自己在运行实现的代码一样。实现代码可以修改自己的存储和余额，并保留了调用的原始msg

functionupgrade(addressnewImplementation)external{require(msg

}

此版本通常还包含函数用来将代理的所有权转账到其他地址。Compound将这种模式与额外的twist一起使用:新的实现合约需要能_接受_转账，以防止意外升级到无效合约。

这种模式的好处是，与升级相关的所有逻辑都包含在代理中，并且实现合约不需要任何特殊逻辑即可充当委派目标(除实现合约限制和初始化程序中列出的一些例外)。但是，这种实现模式容易受到函数选择器冲突导致的漏洞的攻击。

选择器冲突和透明代理

以太坊中的所有函数调用都由有效载荷payload前4个字节来标识，称为“函数选择器”。选择器是根据函数名称及其签名的哈希值计算得出的。然而，4字节不具有很多熵，这意味着两个函数之间可能会发生冲突：具有不同名称的两个不同函数最终可能具有相同的选择器。如果你偶然发现这种情况，Solidity编译器将足够聪明，可以让你知道，并且拒绝编译具有两个不同函数名称，但具有相同4字节标识符的合约。

//这个合约无法通过编译，两个函数具有相同的函数选择器contractFoo{functioncollate_propagate_storage(bytes16)external{}functionburn(uint256)external{}}

但是，对于实现合约而言，完全有可能具有与代理的升级函数具有相同的4字节标识符的函数。这可能会导致尝试调用实现合约时，管理员无意中将代理升级到随机地址。这个帖子由PatricioPalladino解释了该漏洞，然后MartinAbbatemarco说明如何将其用于做恶.

这个问题可以通过开发用于可升级智能合约的适当工具解决，也可以通过代理本身解决。特别是，如果将代理设置为仅管理员能调用升级管理函数，而所有其他用户只能调用实现合约的函数，则不可能发生冲突。

//Samplecode,donotuseinproduction!contractTransparentAdminUpgradeableProxy{addressimplementation;addressadmin;fallback()externalpayable{require(msg

functionupgrade(addressnewImplementation)external{if(msg

}

该模式被称为“透明代理合约”(请勿与EIP1538混淆)，在这篇文章中有很好的解释。这是OpenZeppelin升级(以前称为ZeppelinOS)现在使用的模式。它通常与ProxyAdmin合约结合使用，以允许管理员EOA与管理代理合约进行互动(管理员只能管理代理合约交互）。

让通过一个例子看看是怎么工作的。假定代理具有owner()函数和upgradeTo()函数，该函数将调用委派给具有owner()和transfer()函数的ERC20合约。下表涵盖了所有导致的情况：

msg

}abstractcontractUUPSProxiable{addressimplementation;addressadmin;functionupgrade(addressnewImplementation)external{require(msg

}

这种方法有几个好处。首先，通过在实现合约上定义所有函数，它可以依靠Solidity编译器检查任何函数选择器冲突。此外，代理的大小要小得多，从而使部署更便宜。在每次调用中，从存储中需要读取的内容更少，降低了开销。

这种模式有一个主要缺点：如果将代理升级到没有可升级函数的实现上，那就永久锁定在该实现上，无法再更改它。一些开发人员更喜欢保持可升级逻辑不变，以防止出现这些问题，而这样做的最佳方式是放在代理合约本身。

代理存储冲突和非结构化存储

在所有代理模式变体中，代理合约都需要至少一个状态变量来保存实现合约地址。默认情况下，Solidity存储变量在智能合约存储中的顺序是：声明的第一个变量移至插槽0，第二个变量移至插槽1，依此类推(映射和动态大小数组是此规则的例外)。这意味着，在以下代理合约中，实现合约地址将保存到存储插槽零。

//Samplecode,donotuseinproduction!contractProxy{addressimplementation;}

现在，如果我们将该代理与以下看似无害的实现合约结合使用，会发生什么？

//Samplecode,donotuseinproduction!contractBox{addresspublicvalue;functionsetValue(addressnewValue)public{value=newValue;}}

遵循Solidity存储布局规则，通过代理对Box

}

尽管有效，但它有一个缺点，即要求所有委托目标合约都添加此额外的虚拟变量。这限制了可重用性，因为普通合约不能用作实现合约。这也容易出错，因为很容易忘记在合约中添加该额外变量。

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