深入解析以太坊帳戶抽象的歷史與未來

前言

本文分爲兩大部分:

第一部分從2015年第一個AA提案開始,系統梳理迄今爲止的EIP提案主要內容,回顧AA歷史提案的發展歷程,並綜合評價各方案的優缺點。

第二部分重點對比EIP4337推出後遇到的市場低迷反饋,深入分析即將納入以太坊下一版本升級的EIP7702。該提案一旦合並,將全面改變鏈上應用形態。

EIP-7702具有劃時代意義,讓我們詳細探討。

1. 帳戶抽象的背景

1.1 帳戶抽象的意義定位

以太坊創始人Vitalik在2023年底更新ETH路線圖時,關於帳戶抽象的設定並未改變。目前主流模式正從EIP-4337進入下一階段:自願轉換EOA帳戶。

在EIP4337推出一年多後(2023年3月1日於丹佛WalletCon正式宣布),該方案獲得用戶廣泛認可,但未被廣泛使用。在這種矛盾的市場環境下,EIP-7702的進度大幅提前,並已確定將在下次升級中合並。

1.2 帳戶抽象的市場現狀

經過一年半發展,EIP4337在主流鏈上共有1200萬地址。其中以太坊主網上僅有6,764個活躍地址,與EOA和CA地址數相差甚遠。以太坊主網獨立地址數已達2.7億,可見EIP4337在主網上幾乎沒有實質性發展。

不過這並不影響AA的本質價值。EIP4337的設計注定了它難以很好地解決主網向前兼容性問題。隨着各類L2鏈原生嵌入AA,EIP4337地址數在L2上爆發增長,其中Base和Polygon鏈7月月活用戶分別達到100萬和300萬,較爲可觀。

因此,EIP4337的設計並非錯誤,它有許多優點。目前的現狀源於主網與L2之間的差異,它們需要各自適合的方案。

2. 帳戶抽象是什麼?

帳戶抽象本質上解決的是產權分離問題。

EVM架構中有兩種帳戶:外部帳戶(EOA)和合約帳戶(Contract Account)。外部帳戶的所有權和籤名權由同一實體持有。持有私鑰的人不僅擁有帳戶"所有權",還有權"籤名轉移所有資產"。

這是由以太坊帳戶交易結構決定的。從交易結構可以看出,以太坊標準交易沒有From字段。資金轉帳時,具體消費哪個地址的資金是通過VRS參數(用戶籤名)反解析出From地址的。

這涉及ECDSA等非對稱加密和單向門限函數等概念,不做展開。總之這由密碼學保障安全性,也造成了目前EOA地址產權合並的窘境。

EIP4337的核心效果是在交易字段中增加Sender Address,從而將私鑰與被操作地址分離。

產權分離如此重要的原因是,外部帳戶(EOA)設計會衍生出更多問題:

1. 私鑰難保護:用戶丟失私鑰就意味着失去所有資產。

2. 籤名算法少:原生協議在驗證交易時只能使用ECDSA籤名和驗籤算法。

3. 籤名權限高:無原生多籤(多籤只能通過智能合約實現協作),單籤即可執行任意操作。

4. 交易手續費只能用ETH支付,不支持批量交易。

5. 交易隱私泄露:一對一交易易於分析帳戶持有者隱私信息。

這些限制讓普通用戶難以使用以太坊:

首先,使用以太坊上的任何應用,用戶都必須持有以太(並承擔價格波動風險)。

其次,用戶需要處理復雜的費用邏輯,Gas price、Gas limit、交易阻塞(Nonce順序)等概念對用戶來說過於復雜。

最後,雖然許多區塊鏈錢包或應用嘗試通過產品優化提升用戶體驗,但效果甚微。

因此,解決之道在於實現帳戶抽象,將所有權(Owner)和籤名權(Signer)解耦,從而逐步解決上述問題。

歷史上有多種方案,最終匯聚爲兩種路線。

3. AA歷史提案脈絡梳理

問題的解法看似有很多EIP提案,但歸根結底就是兩種核心思路。過去每個未通過的EIP考慮的問題都匯聚成了現在方案的突破點。

3.1 第一種路線:讓EOA地址變爲CA地址

2015年11月15日,Vitalik就圍繞EIP-101提出以合約作爲帳戶的新結構。將地址改爲只有代碼和存儲空間,改變手續費支持由ERC20支付,通過預編譯合約將原生代幣改爲類ERC20來存餘額(可具備代扣授權等功能),將交易字段精簡到只有to、startgas、data和code。

現在看來,這是大躍進式變革,會大幅改動底層設計,讓每個帳戶地址都擁有自己的"代碼"邏輯(也正是現在EIP-7702要實現的效果)。

還能衍生出其他功能,比如:

1. 讓交易使用更多加密算法,可由各地址內部Code指定驗籤鑑權方法。

2. 具備抗量子攻擊特性,因爲代碼可升級。

3. 讓以太幣具備與ERC20合約一致的功能特性,核心效果是具備代扣授權,無需消耗原生幣。

4. 提升帳戶的自定義空間,兼容社交恢復、SBT支持、密鑰找回等。

未能繼續推進的原因很簡單,顯然步伐太大,對當前交易哈希衝突問題、安全性隱患考慮不周,所以一直擱置。但每個優點的理念都成爲後續EIP4337和EIP7702的核心功能之一。

後來還有一系列EIP試圖完善這種邏輯:

EIP-859:主鏈帳戶抽象(2018-01-30)

試圖解決Code部署問題。核心作用是,如果交易方合約未部署,則使用交易附帶code參數執行合約錢包部署。其次還提出新的PAYGAS操作碼,除支付gas外,也成爲交易參數中驗證部分與執行部分的分隔符。

雖然當時無疾而終,但這也成了現在EIP7702的核心邏輯之一。EIP7702的每筆交易結合特殊交易結構,可附帶一定代碼,從而在本次交易中讓EOA地址擁有合約能力。

EIP-7702:設置EOA帳戶代碼(2024-05-07)

這也是本文後續討論機制的核心EIP。Vitalik發表EIP-7702作爲EIP-3074的替代方案。因此EIP-3074被棄用,EIP-7702確定將在即將到來的ETH Prague/Electra(Pectra)硬分叉中納入,具體內容我們在下文展開。

3.2 第二種路線:讓EOA地址驅動CA地址

EIP-3074:增加AUTH和AUTHCALL操作碼(2020-10-15)

在EVM中加入兩個新的OpCodes AUTH和AUTHCALL,讓EOA能通過這兩個opcode授權合約代替EOA身分去調用其他合約。

概括來說,一個EOA能將一則已籤名的消息(交易)發送至自己信任的合約(稱作Invoker)上,此Invoker合約可以利用AUTH和AUTHCALL操作碼來代替這個EOA發出交易。

EIP-4337:用交易內存池實現帳戶抽象(2021-09-29)

受到MEV的啓發進行設計,其核心價值是可以完全避免共識層協議更改。

EIP4337提出新的交易對象UserOperation,用戶將此對象發送到內存池中,由bundlers從礦工維度批量打包交付合約執行交易事務,本質上是把底層的交易與帳戶運作拉到合約層面執行。

EIP-5189:通過背書人來操作抽象帳戶(2022-06-29)

這是對EIP4337邏輯的優化,通過建立資金罰款背書endorser機制來防止惡意Bundler的DoS阻塞攻擊。

3.3 其他用於支持AA的提案

EIP-2718:新交易類型的包裝信封(2020-06-13)

這是一個已經最終確定的提案,定義了一個新的交易類型,作爲未來新增交易類型的信封。

最終效果是,引入新交易類型時,通過特定編碼區分是哪種交易,讓其只需向後兼容,而無需向前兼容。最常見的例子是EIP1559,它區分了交易手續費,使用新的交易類型編碼,又不影響最初的legacy交易類型。

EIP-3607:讓EOA地址不可部署合約(2021-06-10)

這是AA路徑上的補充方案,用於防止合約部署地址與EOA地址衝突。它會控制合約生成方法,讓系統不允許將代碼部署到已經是EOA地址的地址上。這個風險其實很小,畢竟以太坊地址有160位長,雖然存在用私鑰碰撞出指定合約地址私鑰的方法,但以比特幣全算力投入估計,也還需要一年時間。

3.4 如何理解帳號抽象發展歷程?

首先需要理解轉爲CA後的價值。

基本上也就是EIP-4337的實際效果,它可以實現:

• 社交恢復
• 籤名聚合
• 批量交易
• 抗DOS攻擊
• 代付Gas費
• ERC20支付Gas
• 支付預編譯合約
• 無Gas轉帳
• 權限管理
• 交易限制
• 可升級錢包
• 沙盒執行環境

但是,EIP-4337的核心缺點是違背人性動機原則。

它看起來更好了,但陷入了一種市場發展的死循環:Dapp很多還不兼容,那用戶就不願使用CA地址,甚至使用CA有更高的交易成本(普通轉帳場景,交易費用也會翻倍),也太依賴Dapp本身的兼容性。

所以在以太坊主網上迄今爲止始終沒有得到普及。

成本是用戶最重要的衡量標準,必須降低成本。

但要真正降低GAS,就必須以太坊本身做軟分叉升級,修改GAS計算或修改操作碼的GAS消耗等模塊。既然要軟分叉,那何不直接考慮EIP-7702呢?

4. 全面解析EIP-7702

4.1 EIP-7702是什麼

它通過新的交易類型來區分,允許EOA在單筆交易中臨時具備智能合約功能,進而支持業務上進行批量交易、無Gas交易和自定義權限管理等,且無需引入新的EVM opCode(影響向前兼容性)。

它可以讓用戶在不部署智能合約的情況下,就獲得大部分AA能力,甚至可以提供第三方代用戶發起交易的能力,且不需要用戶提供私鑰,只需籤名授權信息。

4.2 數據結構

它定義了新的交易類型0x04,該交易類型的TransactionPayload是下列內容的RLP編碼序列化結果:

rlp([ chain_id, nonce, max_priority_fee_per_gas, max_fee_per_gas, gas_limit, destination, value, data, access_list, authorization_list, signature_y_parity, signature_r, signature_s ])

重要的是其中新增了authorization_list對象,存儲籤名者希望在其EOA中執行的代碼。用戶簽署交易的同時也簽署要執行的合約代碼,它作爲二維列表存在,說明可以批量存放多個操作信息,執行批量操作。

authorization_list = [[chain_id, address, nonce, y_parity, r, s], ...]

4.3 交易生命