ERC20/ERC721/ERC1155概念与协议

深入理解以太坊上代币标准的设计，有助于确保正确的进行智能合约开发并确保安全，这也是本课程的主要目标。以下是以太坊上最受欢迎的一些代币标准：

  • ERC20 ：同质化（可互换）代币的标准接口，比如投票代币、质押代币或虚拟货币。
  • ERC721 ：非同质化代币的标准接口，比如艺术作品或歌曲的契约。
  • ERC777 ：ERC777 使人们能够通过代币上创建额外的功能，例如用于改善交易私密性的混合合约，或是在您不慎丢失私钥时的紧急恢复功能。
  • ERC1155 ：ERC1155 允许更有效的交易和打包交易，从而节省燃料成本。 此代币标准允许创建实用代币（例如 BNB 或 BAT）和加密朋克之类的非同质化代币。

一、ERC20 协议

ERC20 提供了一个同质化代币（Fungible Token, FT）的标准，换句话说，每个代币与另一个代币（在类型和价值上）完全相同。例如，一个 ERC20 代币就像以太币一样，意味着一个代币会并永远会与其他代币一样。

ERC20 是由 Fabian Vogelsteller 于 2015 年 11 月在 EIP20 提案中提出的。这是一个能实现智能合约中代币的应用程序接口标准。

EIP20 代币标准

EIP20 提案是由 Fabian Vogelsteller 和 Vitalik Buterin 在 2015 年 11 月创建的代币标准，定义了代币合约的标准接口，提供了转移代币的基本功能，并允许代币获得批准，以方便其他链上的第三方使用。此外，该标准接口允许以太坊上定义的任何代币被其他应用程序（钱包、去中心化交易所等）重用。

ERC20 功能

ERC20 的功能包括但不限于以下几点：

  • 转账：将代币从一个帐户转到另一个帐户
  • 查询余额：获取帐户的当前代币余额
  • 查询总量：获取网络上可用代币的总供应量
  • 代币授权：批准一个帐户中一定的代币金额由第三方帐户使用

函数

注意：

（1）合约使用的 Solidity 语言版本必须是 0.4.17 或以上；

（2）对于返回值 success，调用者必须处理 success 为 false 的情况，不能假设 success 永远为 true 而忽略 success 为 false 的情况。

1. name

返回代币合约中定义的代币名称，比如”MyToken”。

该函数读取代币合约中定义的代币名称。这里，定义代币名称可以提高代币合约的可用性，但不是代币合约必须定义的属性，但标准的 ERC20 合约都会定义。

2. symbol

返回代币合约中定义的代币符号，比如”HIX”。

该函数读取代币合约中定义的代币符号。这里，定义代币符号可以提高代币合约的可用性，但不是代币合约必须定义的属性，但标准的 ERC20 合约都会定义。

3. decimals

返回代币合约中定义的代币的精度，比如 18，表示代币的余额除以 10^18 后才是真正的代币数量。类似于以太的单位换算，余额 10^18 Wei 表示以太数量为 1=10^18/10^18。

该函数读取代币合约中定义的代币精度。这里，定义代币精度可以提高代币合约的可用性，但不是代币合约必须定义的属性，但标准的 ERC20 合约都会定义。

4. totalSupply

返回代币的总供应量。

5. balanceOf

返回地址为_owner 的账户的代币余额。

6. transfer

将调用者账户中_value 数量的代币转移到地址_to，并且必须触发 Transfer 事件。如果调用者的账户余额没有足够的代币可以支付_value 数量的代币时，该函数应该抛出异常并回滚。

注意：0 值作为_value 值传入到函数必须被视为正常的函数执行并触发 Transfer 事件。

7. transferFrom

将_value 数量的代币从地址_from 转移到地址_to，并且必须触发 Transfer 事件。

transferFrom 方法用于提款流程，允许合约代表代币所有者账户转移代币。 例如，这可用于允许合约代表代币所有者转移代币和 / 或以次级货币（sub-currency）的形式收取费用。若函数调用者没有得到_from 账户的授权，该函数则会抛出异常并回滚。

注意：0 值作为_value 值传入到函数必须被视为正常的函数执行并触发 Transfer 事件。

8. approve

该函数的调用者账户地址将_value 数量的代币授权给_spender，或者更新授权的代币数量，即_spender 可以多次提取调用者账户地址的代币，总数量不超过_value，每次提取的代币数量也不能超过调用者账户地址的代币余额，同时提取后会更新_value 的值。如果在提取过程中，提取的代币数量超过了代币余额不足，该函数会抛出异常并回滚。

9. allowance

返回账户地址_spender 还可以从账户地址_owner 中提取的代币数量。

事件

1. Transfer

Transfer 事件必须在代币转移时触发，包括转移的代币数量为 0 的情况。

代币合约在铸造代币时应该触发 Transfer 事件，并将_from 地址设置为 0。此时，也可以自定义并触发 Mint 事件：

代币合约在销毁代币时应该触发 Transfer 事件，并将_to 地址设置为 0x。此时，也可以自定义并触发 Burn 事件：

2. Approval

必须在任何调用 approve 函数并执行成功时触发。

二、ERC721 协议

ERC721 为 NFT 引入了一个标准，换言之， 这种类型的代币是独一无二的，并且可能与来自同一智能合约的另一代币有不同的价值，也许是因为它的年份、稀有性、甚至是它的观感。

每一个 NFT 都有一个 uint256 类型的变量，名为 tokenId，所以对于任何 ERC721 合约，这对值 <contract address, tokenId> 必须是全局唯一的。dApp 可以有一个 “转换器”，该转换器输入 tokenId，然后输出一些非常有趣的事物的图像，比如僵尸、武器、技能或非常可爱的猫咪等。

ERC721 是由 William Entriken、Dieter Shirley、Jacob Evans、Nastassia Sachs 于 2018 年 1 月在 EIP721 中提出的一个在智能合约中实现代币 API 的非同质化代币标准。

BIP721 代币标准

BIP721 提案描述了智能合约中实现 NFT 的标准 API。 标准提供了跟踪和转移 NFT 的基本功能。该提案考虑了个人拥有和交易 NFT 的场景，以及委托给第三方（如：代理人 / 钱包 / 拍卖人，称为 “操作员”）的情况。

NFT 可以代表对数字或物理资产的所有权。我们考虑了资产的多样性，并且我们知道您会想要代表更多：

  • 实体财产，如：房屋，独特的艺术品；
  • 虚拟收藏品，如：小猫，收藏卡的独特图片；
  • “负” 资产，如：贷款等。

总的来说，所有房屋都是不同的，没有两只小猫是一样的。NFT 是可区分的，必须分别跟踪每个所有者。

ERC721 功能

ERC721 的功能包括但不限于以下几点：

  • 转账：将代币从一个帐户转移到另一个帐户；
  • 查询余额：获取帐户的当前代币余额；
  • 查询所有者：获取代币的所有者；
  • 查询总量：获取整个网络的可用代币总供应量；
  • 代币授权：批准帐户中一定数量的代币可以被第三方帐户转移。

函数

以上定义的函数都是外部函数，函数只能进行外部调用。

1. balanceOf

查询余额，返回地址_owner 拥有的合约定义的 NFT 的数量，若没有，则返回 0。

2. ownerOf

查询所有者地址，返回 tokenId 为参数_tokenId 的 NFT 的所有者地址。

3. safeTransferFrom

安全地转移 NFT 所有权并发送数据，即将 tokenId 为参数_tokenId 的 NFT 的所有权由地址_from 转移给地址_to，并将额外的数据 data 发送给地址_to，并触发 Transfer 事件。参数 data 没有格式要求。若地址_to 是合约地址，data 一般包含函数签名值（methodId）以及函数参数值，当 data 发送给_to 时，会调用合约_to 中签名值对应的函数或者回调函数。

函数能够执行，必需满足以下条件：

  • 参数_from 是_tokenId 对应的 NFT 的所有者
  • 调用者 sender 有权转移_tokenId 对应 NFT 的所有权，即：msg.sender 是_tokenId 对应 NFT 的所有者或者得到了其授权。
  • 参数_to 不是零地址

若不满足条件，函数将抛出异常并回滚。

另外，该函数使用了 payable 修饰符，因此可以接收以太坊原生代币（以太币）。

4. safeTransferFrom

安全地转移 NFT 所有权，即将 tokenId 为参数_tokenId 的 NFT 的所有权由地址_from 转移给地址_to，并触发 Transfer 事件。

调用该函数等价于调用上面的 safeTransferFrom 中 data 参数是”” 的情况，即：

5. transferFrom

转移 NFT 所有权，即将 tokenId 为参数_tokenId 的 NFT 的所有权由地址_from 转移给地址_to，并触发 Transfer 事件。函数能够执行，必需满足以下条件：

  • 参数_from 是_tokenId 对应的 NFT 的所有者
  • 调用者 sender 有权转移_tokenId 对应 NFT 的所有权，即：msg.sender 是_tokenId 对应 NFT 的所有者或者得到了其授权。
  • 参数_to 不是零地址

若不满足条件，函数将抛出异常并回滚。

6. approve

将 tokenId 为参数_tokenId 的 NFT 授权给地址_approved，或者更新授权地址为_approved，并且触发 Approve 事件。函数能够执行，必需满足以下条件：

  • 调用者 sender 有权转移_tokenId 对应 NFT 的所有权，即：msg.sender 是_tokenId 对应 NFT 的所有者或者得到了其授权。

若不满足条件，函数将抛出异常并回滚。

7. setApprovalForAll

将调用者 msg.sender 的所有 NFT 资产授权给_operator 地址来管理，或者取消授权，并且触发 ApprovalForAll 事件。

参数_approved 是 true 代表授权；参数_approved 是 false 代表取消授权。

8. getApproved

查询单个 NFT 的授权地址。若_tokenId 不是一个有效的 NFT 的 tokenId，该函数会抛出异常并回滚。

9. isApprovedForAll

查询地址_owner 的所有 NFT 是否授权给了另一个地址_operator 来管理。若已授权，则返回 true；否则，返回 false。

事件

1. Transfer

该事件在 NFT 转移所有权完成时触发。

代币合约在铸造 NFT 时应该触发 Transfer 事件，并将_from 地址设置为 0。此时，也可以自定义并触发 Mint 事件：

代币合约在销毁 NFT 时应该触发 Transfer 事件，并将_to 地址设置为 0x。此时，也可以自定义并触发 Burn 事件：

2. Approval

当将_owner 地址的单个 NFT（其 tokenId 为参数_tokenId）授权给_approved 地址时，在授权完成后触发 Approval 事件。

3. ApprovalForAll

当将_owner 地址的所有 NFT 授权给_operator 地址或者取消该授权时，触发 ApprovalForAll 事件。

三、ERC1155 协议

ERC1155 协议是由 Witek Radomski, Andrew Cooke 等于 2018 年 6 月在 EIP1155 提案中提出的用于多种代币管理的合约标准接口。单个部署的合约可以包括同质化代币、非同质化代币或其他配置（如半同质化代币）的任何组合。

多代币标准的目的是创建一个智能合约接口，可以代表和控制任何数量的同质化和非同质化代币类型。这样一来，ERC-1155 代币就具有与 ERC20 和 ERC721 代币相同的功能，甚至可以同时使用这两者的功能。而最重要的是，它能改善这两种标准的功能，使其更有效率，并纠正 ERC20 和 ERC721 标准上明显的实施错误。

BIP1155

BIP1155 提案概述了一个标准的智能合约接口，可以代表任意数量的同质化代币和非同质化代币类型。ERC20 等现有标准要求为每种代币类型部署单独的合约。ERC721 标准的代币 ID 是一个单一的非同质化索引，每组非同质化代币都会被部署为具有统一设置的独立的合约。相比之下，ERC1155 多代币标准允许每个代币 ID 表示一个新的可配置代币类型，它可以有自己的元数据、供应量以及其他属性。

每个函数的参数集合中都会包含_id 参数，表示交易中的一种特定的代币或代币类型。

ERC1155 功能

ERC1155 的功能包括但不限于以下几点：

  • 批量传输：通过一次合约调用传输多种资产；
  • 批量余额：在一次调用中获取多个资产的余额；
  • 批量授权：授权同一地址的所有代币；
  • Hook：接收代币的钩子函数；
  • 支持非同质化代币：如果供应量仅为 1，将其作为非同质化代币（NFT）处理；
  • 安全转账规则：安全转账规则集。重要规则如下：
  1. 调用者必须获得批准才能从 _from 的账户地址消费代币，或者调用者账户地址必须与 _from 的账户地址相同。
  2. 在以下情况下，转账调用将回滚：

（1）_to 地址为 0；

（2）_ids 的长度与_values 的长度不同；

（3）_ids 中代币持有者的任何余额低于发送给接收者的相应_value 金额；

（4）出现任何其他错误。

函数

批量传输

  1. transferFrom!

ERC20 代币转移，从地址 from 将 value 数量的代币转移到地址 to，与 ERC20 协议中的 transferFrom 功能相同。

  1. safeBatchTransferFrom!

ERC1155 代币批量转移，包括同质化代币以及非同质化代币。与 ERC20 与 ERC721 相比，ERC1155 中唯一的区别是将数值作为数组参数进行传递，此外还会传递数组 id。例如，给出 ids=[3, 6, 13]和 values=[100, 200, 5]，传输结果如下：

  • 将 id=3 的 100 个代币从地址_from 传输到地址_to；
  • 将 id=6 的 200 个代币从地址_from 传输到地址_to；
  • 将 id=13 的 5 个代币从地址_from 转移到地址_to。

ERC1155 中只有 transferFrom，没有 transfer。要想像常规的 transfer 一样使用它，只需将 "from" 地址设为调用该函数的地址。

批量余额

  1. balanceOf

查询 owner 地址的余额，与 ERC20 协议中的 balanceOf 功能相同。

  1. balanceOfBatch

账户余额批量查询，在单次调用中获取多个余额。参数中传递所有者账户数组和代币的 id 数组。例如，对于给出的_ids=[3, 6, 13]和_owners=[0xbeef..., 0x1337..., 0x1111...]，返回值将为：

批量授权

  1. setApprovalForAll

设置操作帐户_operator 为已授权账户或取消授权。授权过程与 ERC20 略有不同。这里不是授权特定金额，而是类似于 ERC721 协议中的授权，通过 setApprovalForAll 函数，对操作账户进行完全的授权或取消授权。

  1. isApprovedForAll

查询当前的审批状态，即_owner 是否对_operator 进行了授权。结果为 true 代表全部授权；结果为 false 代表未授权。 不能定义要授权代币的数量，甚至代币类型。

接收钩子

ERC1155 只支持智能合约的接收钩子函数。钩子函数必须返回一个事先预定义的 4 字节值，这个值被指定为：

当接收合约返回这一值时，意味着合约知道如何处理 ERC1155 代币并接受转账。

事件

1. TransferSingle

TransferSingle 事件在代币转移成功时触发，包括转移的代币数量为 0 的情况。另外，代币铸造和销毁时也可以触发 TransferSingle 事件。与 ERC20 协议中的 Transfer 事件相同。

2. TransferBatch

TransferBatch 事件在代币批量转移成功时触发，包括转移的代币数量为 0 的情况。另外，代币批量铸造和销毁时也需要触发 TransferBatch 事件。

3. ApprovalForAll

当将_owner 地址的所有代币全部授权给_operator 地址或者取消该授权时，触发 ApprovalForAll 事件。

4. URI

当一个代币 ID 的 URI 更新成功时触发 URI 事件。

四、其他相关代币协议

ERC777 协议

ERC777 协议是一个易于交易的代币标准，可改进现有的 ERC20 标准。与 ERC20 相比，ERC777 提供了以下改进：

  1. 钩子

钩子是智能合约代码中描述的一个函数。钩子将会在代币通过合约发送或者接收时调用。这将允许智能合约对进出的代币做出互动。

  1. 小数位数

该标准还解决了在 ERC20 中造成的 decimals 的混乱。这种清晰度提升了开发者体验。

  1. 向后兼容 ERC20

ERC777 合约可以与 ERC20 合约进行互动。

更多内容，请见EIP777。

ERC165 协议

ERC165 协议创建了一个标准方法来发布和检测智能合约实现的接口。更多内容详见EIP165。

2022-07-12

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