原文作者：Xuejie
原文鏈接：https://xuejie.space/2019_09_06_introduction_to_ckb_script_programming_udt/
Nervos CKB 腳本編程簡介[3]：自定義代幣
CKB 的 Cell 模型和 VM 支持許多新的用例抹恳。然而饭寺，這并不意味著我們需要拋棄現(xiàn)有的一切父晶。如今區(qū)塊鏈中的一個常見用途是 Token 發(fā)行者發(fā)布具有特殊目的/意義的新 Token点额。在以太坊中轿偎，我們稱之為 ERC20 Token，下面讓我們看看我們如何在 CKB 中構建類似的概念笼蛛。為了與 ERC20 區(qū)分芽唇，在 CKB中的 Token 我們稱之為 user defined token，簡稱 UDT疤坝。
本文使用 CKB v0.20.0 版本來演示兆解。具體來說，我會在每個項目中使用以下提交的版本：
- ckb: 472252ac5333b2b19ea3ec50d54e68b627bf6ac5
- ckb-duktape: 55849c20b43a212120e0df7ad5d64b2c70ea51ac
- ckb-sdk-ruby: 1c2a3c3f925e47e421f9e3c07164ececf3b6b9f6
數(shù)據(jù)模型
以太坊會為每個合約賬戶提供單獨的存儲空間跑揉，CKB 與之不同锅睛，CKB 是在多個 Cell 之間傳遞數(shù)據(jù)。Cell 的 Lock Sript 和 Type Sript 會標明 Cell 屬于哪個帳戶历谍，以及如何與 Cell 進行交互现拒。其結果是，CKB 不會像 ERC20 那樣將所有 Token 用戶的余額存儲在 ERC20 合約的存儲空間中望侈，在 CKB 中印蔬，我們需要一種新的設計來存儲 UDT 用戶的余額。
當然脱衙，我們也可以構造一個特殊的 Cell 來保存所有 UDT 用戶的余額侥猬。這個解決方案看起來很像以太坊的 ERC20 設計。但是這中間存在幾個問題：
Token 的發(fā)行者必須提供足夠的存儲空間以保存所有用戶的余額捐韩。隨著用戶數(shù)量的增長退唠，存儲空間也將增長，這在 CKB 的經濟模型中荤胁，不是一個高效的設計瞧预。
考慮到 CKB 中 Cell 的更新實際上是在銷毀舊 Cell 并重新生成新的 Cell ，因此保存所有余額的單個 Cell 會遇到一個困境：一旦更新 UDT 余額那就不得不更新這一個且是唯一的 Cell仅政，而且每一步的操作都需要更新, 那么用戶在使用過程中將會產生沖突垢油。雖然有一些解決方案確實可以緩解甚至能解決上述問題，但我們還是開始質疑這里的基本設計：將所有 UDT 保存在一個地方真的有意義嗎圆丹？一旦轉賬滩愁，UDT 應該真的屬于收款人，為什么余額仍然留在一個中心呢辫封？
這引出了我們提出的設計：
- 一個特殊的 Type Script 表示此 Cell 存儲 UDT惊楼；
- Cell 數(shù)據(jù)的前 4 個字節(jié)包含當前 Cell 中的 UDT 數(shù)量玖瘸。
這種設計有幾個含義：
- UDT Cell 的存儲成本始終是恒定的，與存儲在 Cell 中的 UDT 數(shù)量無關檀咙；
- 用戶可以將 Cell 中的全部或部分 UDT 轉賬給其他人雅倒；
- 實際上，可能有許多 Cell 包含相同的 UDT弧可；
- 用于保護 UDT 的 Lock Script 與 UDT 本身分離蔑匣。
每個 Token 用戶將其 UDT 保存在自己的 Cell 中。他們負責為 UDT 提供存儲空間棕诵，并確保他們自己的 Token 是安全的裁良。這樣 UDT 就可以真正屬于每個 UDT 用戶。
但這里還有一個問題：如果 Token 存儲在屬于各個用戶的眾多不同 Cell 中校套，而不是統(tǒng)一存儲价脾，我們如何確定這個 Token 確實由這個發(fā)行者發(fā)行呢？如果有人自己偽造 Token 怎么辦笛匙？在以太坊中侨把，這可能是一個問題，但正如我們將在本文中看到的妹孙，CKB 中的 Type Script 可以防止所有這些攻擊秋柄，確保 Token 是安全的。
編寫 UDT 腳本
鑒于上述設計蠢正，最小 UDT Type Script 應該遵循以下規(guī)則：
- 在一個 UDT 轉賬交易中骇笔，輸出 Cell 中的 UDT 總和應等于輸入 Cell 中 UDT 的總和；
- 只有發(fā)行者可以在初始Token創(chuàng)建過程中生成新的 Token嚣崭。
這可能聽起來有點狂妄笨触，但我們會證明，通過 Type Script 和 CKB 獨特的設計模式雹舀，一切都可以搞定芦劣。
為簡單起見，我們這里將在純 JavaScript 中編寫 UDT 腳本葱跋，雖說 C 版本可能有助于節(jié)省 Cycles 持寄，但功能其實是一樣的源梭。
首先娱俺，我們需要遍歷所有輸入 Cell 并收集 UDT 的總和：
diff --git a/udt.js b/udt.js
index e69de29..4a20bd0 100644
--- a/udt.js
+++ b/udt.js
@@ -0,0 +1,17 @@
+var input_index = 0;
+var input_coins = 0;
+var buffer = new ArrayBuffer(4);
+var ret = CKB.CODE.INDEX_OUT_OF_BOUND;
+
+while (true) {
+ ret = CKB.raw_load_cell_data(buffer, 0, input_index, CKB.SOURCE.GROUP_INPUT);
+ if (ret === CKB.CODE.INDEX_OUT_OF_BOUND) {
+ break;
+ }
+ if (ret !== 4) {
+ throw "Invalid input cell!";
+ }
+ var view = new DataView(buffer);
+ input_coins += view.getUint32(0, true);
+ input_index += 1;
+}
正如前一篇文章中所解釋的，CKB 要求我們使用循環(huán)來迭代同一 group 中所有的 Input 并獲取數(shù)據(jù)废麻。在 C 中我們將使用 ckb_load_cell_data荠卷，它被包裝到 JS 函數(shù) ckb.raw_load_cell_data 中。正如 ArrayBuffer 所示烛愧，我們只對 Cell 數(shù)據(jù)的前 4 個字節(jié)感興趣油宜，因為這 4 個字節(jié)將包含 UDT 的數(shù)量掂碱。
注意，這里我們對 input_coins 執(zhí)行了一個簡單的 Add 操作慎冤，這風險很高疼燥。之所以這樣做只是為了簡單起見。在真實的生產環(huán)境中蚁堤，您應該檢查該值是否保持在 32 位整數(shù)值中醉者。如果有必要，應使用更高精度的數(shù)字類型披诗。
同樣地撬即，我們可以獲取輸出的UDT的總和并進行比較：
diff --git a/udt.js b/udt.js
index 4a20bd0..e02b993 100644
--- a/udt.js
+++ b/udt.js
@@ -15,3 +15,23 @@ while (true) {
input_coins += view.getUint32(0);
input_index += 1;
}
+
+var output_index = 0;
+var output_coins = 0;
+
+while (true) {
+ ret = CKB.raw_load_cell_data(buffer, 0, output_index, CKB.SOURCE.GROUP_OUTPUT);
+ if (ret === CKB.CODE.INDEX_OUT_OF_BOUND) {
+ break;
+ }
+ if (ret !== 4) {
+ throw "Invalid output cell!";
+ }
+ var view = new DataView(buffer);
+ output_coins += view.getUint32(0, true);
+ output_index += 1;
+}
+
+if (input_coins !== output_coins) {
+ throw "Input coins do not equal output coins!";
+}
以上幾乎就是驗證第一條規(guī)則所需的全部內容：輸出 Cell 中 UDT 的總和應等于輸入 Cell 中 UDT 的總和。換句話說呈队，使用這種 Type Script剥槐，等于沒有人能夠偽造任何新的 Token。這不是很棒嗎宪摧？
但有一個問題：當我們說沒有人能夠偽造新的 Token 時候粒竖，我們說的真的是指沒有任何人，包括代幣發(fā)行人绍刮！那就不太好了温圆，所以我們需要添加一個例外，讓 Token 發(fā)行者可以先發(fā)行 Token孩革，但之后就沒有人能夠這么做了岁歉。那有沒有辦法做到這一點？
當然有膝蜈！但答案就像一個謎語锅移，所以請仔細閱讀本段：Type Script 由兩部分組成：表示實際代碼的代碼哈希，以及 Type Script 使用的參數(shù)饱搏。具有不同參數(shù)的兩種 Type Script 將被視為兩種不同 Type Script非剃。這里的技巧是允許 Token 發(fā)行者創(chuàng)建一個具有新 Type Script 的 Cell，但沒有人能夠再次創(chuàng)建推沸，所以如果我們在參數(shù)部分放置一些不能再包含的東西备绽，那么問題就被解決了~
現(xiàn)在想想這個問題：什么東西不能被包含在區(qū)塊鏈中兩次？交易輸入中的 OutPoint鬓催！第一次的時候肺素，我們將 OutPoint 作為交易輸入包含在內，引用的 Cell 將被消耗宇驾，如果有人稍后再次包含它倍靡，則會產生雙花錯誤，這正是我們使用區(qū)塊鏈的原因课舍。
我們現(xiàn)在有答案了塌西！CKB 中最小 UDT 的 Type Script 完整驗證流程如下：
- 首先收集輸入 Cell 中所有 UDT 的總和以及輸出 Cell 中所有 UDT 的總和他挎，如果它們相等，則 Type Script 將以成功狀態(tài)退出捡需；
- 檢查 Type Script 的第一個參數(shù)是否與當前交易中的第一個 OutPoint 匹配办桨，如果它們匹配，則以成功狀態(tài)退出站辉；
- 否則以失敗狀態(tài)退出崔挖。
如果你現(xiàn)在還跟得上我，那么一定可以看出：步驟 1 對應于正常的 UDT 交易庵寞，而步驟 2 對應于初始 Token 創(chuàng)建過程狸相。
這就是我們所說的 CKB 獨特的設計模式：通過使用輸入 OutPoint 作為 Script 參數(shù)，我們可以創(chuàng)建一個無法再偽造的獨特 Script：
- 如果攻擊者試圖使用相同的參數(shù)捐川，則 Script 將驗證出交易中的第一個輸入 OutPoint 與參數(shù)不匹配脓鹃，從而使交易無效；
- 如果攻擊者試圖使用相同的參數(shù)并填充參數(shù)作為第一個輸入 OutPoint古沥，它將造成一個雙花錯誤瘸右，也會使交易無效；
- 如果攻擊者試圖使用不同的參數(shù)岩齿，CKB 將識別出不同的參數(shù)導致不同的 Type Script太颤，從而生成不同的UDT。
這種簡單而強大的模式確保了 UDT 的安全盹沈，同時也帶來了可以在不同 Cell 之間自由交易的好處龄章。據(jù)我們所知，這種模式在其他很多聲稱靈活或可編程的區(qū)塊鏈中是不可能實現(xiàn)的乞封。
現(xiàn)在我們終于可以完成我們的 UDT 腳本了：
diff --git a/contract.js b/contract.js
deleted file mode 100644
index e69de29..0000000
diff --git a/udt.js b/udt.js
index e02b993..cd443bf 100644
--- a/udt.js
+++ b/udt.js
@@ -1,3 +1,7 @@
+if (CKB.ARGV.length !== 1) {
+ throw "Requires only one argument!";
+}
+
var input_index = 0;
var input_coins = 0;
var buffer = new ArrayBuffer(4);
@@ -33,5 +37,17 @@ while (true) {
}
if (input_coins !== output_coins) {
- throw "Input coins do not equal output coins!";
+ if (!((input_index === 0) && (output_index === 1))) {
+ throw "Invalid token issuing mode!";
+ }
+ var first_input = CKB.load_input(0, 0, CKB.SOURCE.INPUT);
+ if (typeof first_input === "number") {
+ throw "Cannot fetch the first input";
+ }
+ var hex_input = Array.prototype.map.call(
+ new Uint8Array(first_input),
+ function(x) { return ('00' + x.toString(16)).slice(-2); }).join('');
+ if (CKB.ARGV[0] != hex_input) {
+ throw "Invalid creation argument!";
+ }
}
就是上面這樣做裙，一共有 53 行代碼 1372 字節(jié)，我們就在 CKB 中完成了一個最小的 UDT Type Script肃晚。注意锚贱，在這里我甚至還沒有使用壓縮工具，如果使用任何一個合適的 JS 壓縮工具关串，我們應該能夠獲得更緊湊的 Type Script 拧廊。當然了，這是一個可用于生產環(huán)境的 Type Script 晋修，但它足以顯示一個簡單的 Type Script 可以處理 CKB 中的很多重要任務吧碾。
部署到 CKB 網絡
我不像某些項目，只知道扔出來一個視頻或者非常氣人的帖子飞蚓，也不說清楚是怎么做的或者怎么解決問題的滤港。如果沒有實際的代碼和使用它的步驟廊蜒，那我覺得這個帖子其實是很沒意思的趴拧。以下是如何在 CKB 上使用上述 UDT 腳本：
這里還有沒有 Diff 格式的完整 UDT 腳本溅漾，有需自取：
$ cat udt.js
if (CKB.ARGV.length !== 1) {
throw "Requires only one argument!";
}
var input_index = 0;
var input_coins = 0;
var buffer = new ArrayBuffer(4);
var ret = CKB.CODE.INDEX_OUT_OF_BOUND;
while (true) {
ret = CKB.raw_load_cell_data(buffer, 0, input_index, CKB.SOURCE.GROUP_INPUT);
if (ret === CKB.CODE.INDEX_OUT_OF_BOUND) {
break;
}
if (ret !== 4) {
throw "Invalid input cell!";
}
var view = new DataView(buffer);
input_coins += view.getUint32(0, true);
input_index += 1;
}
var output_index = 0;
var output_coins = 0;
while (true) {
ret = CKB.raw_load_cell_data(buffer, 0, output_index, CKB.SOURCE.GROUP_OUTPUT);
if (ret === CKB.CODE.INDEX_OUT_OF_BOUND) {
break;
}
if (ret !== 4) {
throw "Invalid output cell!";
}
var view = new DataView(buffer);
output_coins += view.getUint32(0, true);
output_index += 1;
}
if (input_coins !== output_coins) {
if (!((input_index === 0) && (output_index === 1))) {
throw "Invalid token issuing mode!";
}
var first_input = CKB.load_input(0, 0, CKB.SOURCE.INPUT);
if (typeof first_input === "number") {
throw "Cannot fetch the first input";
}
var hex_input = Array.prototype.map.call(
new Uint8Array(first_input),
function(x) { return ('00' + x.toString(16)).slice(-2); }).join('');
if (CKB.ARGV[0] != hex_input) {
throw "Invalid creation argument!";
}
}
為了能在 CKB 上運行 JavaScript著榴，讓我們首先在 CKB 上部署 duktape：
pry(main)> data = File.read("../ckb-duktape/build/duktape")
pry(main)> duktape_tx_hash = wallet.send_capacity(wallet.address, CKB::Utils.byte_to_shannon(300000), CKB::Utils.bin_to_hex(duktape_data))
pry(main)> duktape_data_hash = CKB::Blake2b.hexdigest(duktape_data)
pry(main)> duktape_out_point = CKB::Types::CellDep.new(out_point: CKB::Types::OutPoint.new(tx_hash: duktape_tx_hash, index: 0))
首先添履，讓我們創(chuàng)建一個包含 1000000 Token 的 UDT：
pry(main)> tx = wallet.generate_tx(wallet.address, CKB::Utils.byte_to_shannon(20000))
pry(main)> tx.cell_deps.push(duktape_out_point.dup)
pry(main)> arg = CKB::Utils.bin_to_hex(CKB::Serializers::InputSerializer.new(tx.inputs[0]).serialize)
pry(main)> duktape_udt_script = CKB::Types::Script.new(code_hash: duktape_data_hash, args: [CKB::Utils.bin_to_hex(File.read("udt.js")), arg])
pry(main)> tx.outputs[0].type = duktape_udt_script
pry(main)> tx.outputs_data[0] = CKB::Utils.bin_to_hex([1000000].pack("L<"))
pry(main)> tx.witnesses[0].data.clear
pry(main)> signed_tx = tx.sign(wallet.key, api.compute_transaction_hash(tx))
pry(main)> root_udt_tx_hash = api.send_transaction(signed_tx)
如果我們再次嘗試提交相同的交易，雙花將阻止我們偽造相同的 Token ：
pry(main)> api.send_transaction(signed_tx)
CKB::RPCError: jsonrpc error: {:code=>-3, :message=>"UnresolvableTransaction(Dead(OutPoint(0x0b607e9599f23a8140d428bd24880e5079de1f0ee931618b2f84decf2600383601000000)))"}
無論我們如何嘗試脑又，我們都無法創(chuàng)建另一個想要偽造相同 UDT Token 的 Cell暮胧。
現(xiàn)在我們可以嘗試將 UDT 轉移到另一個帳戶。首先讓我們嘗試創(chuàng)建一個輸出 UDT 比輸入 UDT 更多的 UDT 交易：
pry(main)> udt_out_point = CKB::Types::OutPoint.new(tx_hash: root_udt_tx_hash, index: 0)
pry(main)> tx = wallet.generate_tx(wallet2.address, CKB::Utils.byte_to_shannon(20000))
pry(main)> tx.cell_deps.push(duktape_out_point.dup)
pry(main)> tx.witnesses[0].data.clear
pry(main)> tx.witnesses.push(CKB::Types::Witness.new(data: []))
pry(main)> tx.outputs[0].type = duktape_udt_script
pry(main)> tx.outputs_data[0] = CKB::Utils.bin_to_hex([1000000].pack("L<"))
pry(main)> tx.inputs.push(CKB::Types::Input.new(previous_output: udt_out_point, since: "0"))
pry(main)> tx.outputs.push(tx.outputs[1].dup)
pry(main)> tx.outputs[2].capacity = CKB::Utils::byte_to_shannon(20000)
pry(main)> tx.outputs[2].type = duktape_udt_script
pry(main)> tx.outputs_data.push(CKB::Utils.bin_to_hex([1000000].pack("L<")))
pry(main)> signed_tx = tx.sign(wallet.key, api.compute_transaction_hash(tx))
pry(main)> api.send_transaction(signed_tx)
CKB::RPCError: jsonrpc error: {:code=>-3, :message=>"InvalidTx(ScriptFailure(ValidationFailure(-2)))"}
現(xiàn)在我們嘗試發(fā)送 1000000 UDT 給另一個用戶问麸，同時為發(fā)送者本人保留 1000000 UDT往衷，很明顯這會觸發(fā)錯誤，因為我們正在嘗試偽造更多的 Token严卖。但是如果稍作修改席舍，我們可以看到，如果您遵守總和驗證規(guī)則哮笆，UDT 轉移交易是有效的：
pry(main)> tx.outputs_data[0] = CKB::Utils.bin_to_hex([900000].pack("L<"))
pry(main)> tx.outputs_data[2] = CKB::Utils.bin_to_hex([100000].pack("L<"))
pry(main)> signed_tx = tx.sign(wallet.key, api.compute_transaction_hash(tx))
pry(main)> api.send_transaction(signed_tx)
靈活的規(guī)則
這里顯示的 UDT 腳本僅作為示例来颤，實際上，dApp 可能更復雜并且需要更多功能稠肘。您還可以根據(jù)需要為 UDT 腳本添加更多功能福铅，其中一些示例包括：
- 這里，我們嚴格確保輸出 UDT 的總和等于輸入 UDT 的總和项阴，但在某些情況下滑黔，僅僅確保輸出 UDT 的總和不超過輸入 UDT的總和就足夠了。換句話說环揽，當不需要時拷沸，用戶可以選擇為空間燒毀一部分 UDT；
- 上述 UDT 腳本不允許在初始創(chuàng)建完成后再發(fā)行更多的 Token薯演，但可能存在另一種類型的 UDT撞芍，允許 Token 發(fā)行者繼續(xù)增發(fā)。這當然也可以在 CKB 上運行跨扮，但是我想把這個解決方案的探索任務留給大家序无，當做練習；
- 在這里衡创，我們將腳本限制為僅在初始 Token 創(chuàng)建過程中創(chuàng)建一個 Cell 帝嗡，實際上也可以創(chuàng)建多個 Cell , 分別用于不同的用途；
- 雖然我們只在這里介紹 ERC20璃氢，但 ERC721 也應該是完全可能的哟玷。
請注意，這里只是一些例子，CKB 腳本的實際應用方式是沒有邊界的巢寡。我們非常高興看到將來有更多的 CKB dApp 開發(fā)者創(chuàng)造出讓我們震驚的有趣用法喉脖。
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