Solidity中的ecrecover的应用

有没有想过Solidity中的ecrecover命令到底是怎么回事？

这都是关于签名和密钥的...

什么是ecrecover ?

你可能在Solidity合约中看到过ecrecover，并想知道这到底是什么。那么你遇到了EVM 预编译 ecrecover。预编译是一些提前被编译的智能合约的通用函数，所以Ethereum节点可以有效地运行这个函数。从合约的角度来看，这只是一个像操作码一样的单一命令。

看看下面的代码：

function recoverSignerFromSignature(uint8 v, bytes32 r, bytes32 s, bytes32 hash) external {
    address signer = ecrecover(hash, v, r, s);
    require(signer != address(0), "ECDSA: invalid signature");
}

基本上，大家就是这样使用它，尽管还有更多的内容。不要在生产中实际使用上述代码，Patricio Palladino正确地指出了这一点。正确的方法是在本文底部的最后一个例子中。

那么，这一切意味着什么呢？假设你熟悉公钥密码学的基本概念，这将很容易理解。

你可能知道，每当你向以太坊网络发送一笔交易时，必须用你的私钥签署这笔交易。自然也假设以太坊节点有某种方式来验证签名是正确的。

这种验证签名的功能也同样添加到了智能合约上。有了这个功能，你可以验证更多的东西，而不仅仅是交易签名本身。事实上，你可以将任何数据传递给智能合约，对其进行散列，然后根据数据验证其签名。上面的代码中的签名是v、r和s的组合。

为什么我需要这个？

实际上，之前也有文章讨论了如何使用它的例子。这些例子包括：

从本质上讲，你可以验证一个签名数据，而这些数据不一定来自交易签署者。

我应该使用哪个签名标准？

首先，我们需要决定签名的类型。虽然这对ecrecover来说这并不重要，但对签名来说，已经有几个标准可以被客户端使用以太坊密钥来签署数据：

• eth_sign
• personal_sign
• EIP-712

eth_sign 是用来签署任意数据。这使得它是最强大的，最简单的（只是签署数据），但也是最危险的。这里的大问题是，你可以让用户签署一个数据，而这个实际上是交易数据。想象一下，你让用户登录到你的服务，但你让他们签署的数据实际上是一个交易，如 "发送5个ETH给攻击者"。交易毕竟只是由字节组成，人们很可能不会检查他们所签署的这串字符的实际含义。看似无害的签名，却成了窃取资金的攻击。所以一般不鼓励直接使用eth_sign。

personal_sign 后来加入来解决这个问题。该方法在任何签名数据前加上"\x19Ethereum Signed Message:\n"，这意味着如果有人要签署交易数据，添加的前缀字符串会使其成为无效交易。

对于更复杂的用例，特别是在智能合约中使用时，EIP-712标准被创建。EIP-712标准随着时间的推移而有所改变，但目前MetaMask支持的最后一个版本是signTypedData_v4。或者你可以使用一个特定的库，如eip-712。EIP-712解决的主要问题是确保用户清楚地知道他们在签署什么，为哪个合约地址和网络签署，而且每个签名最多只能使用一次。简而言之，这是通过签署所有需要的配置数据（地址、chain id、版本、数据类型）的哈希值+实际数据本身来实现的。ERC20-Permit 是一个关于如何使用signTypedData_v4的好例子。

所有的函数都可以在与MetaMask交互时使用，见例子。另外，它们也可以使用eth-sig-util。

所以回到问题我应该使用哪种签名标准？从合约的角度来看，使用最新的EIP-712标准！eth_sign并不安全，personal_sign主要用于实现用户登录功能。在你的合同中坚持使用EIP-712。

如何实现EIP-712

现在让我们看看如何在Solidity中实现EIP-712。大概的想法是：

1. 计算一个域的哈希值，该值涵盖了合约地址和 chainId 的配置数据
2. 计算结构化的数据哈希值
3. 结合这两个哈希值，并在ecrecover 中使用它。

我个人还建议增加一个nonce和deadline值，以防止重放攻击并确保在特定时间内执行。这些不是EIP-712标准的直接组成部分，但可以很容易地添加。下面你会发现一个例子，如何实现这些，然后加上合约的本身的参数去执行它：

function executeMyFunctionFromSignature(
    uint8 v,
    bytes32 r,
    bytes32 s,
    address owner,
    uint256 myParam,
    uint256 deadline
) external {
    bytes32 eip712DomainHash = keccak256(
        abi.encode(
            keccak256(
                "EIP712Domain(string name,string version,uint256 chainId,address verifyingContract)"
            ),
            keccak256(bytes("MyContractName")),
            keccak256(bytes("1")),
            block.chainid,
            address(this)
        )
    );

    bytes32 hashStruct = keccak256(
        abi.encode(
            keccak256("MyFunction(address owner,uint256 myParam,uint256 nonce,uint256 deadline)"),
            owner,
            myParam,
            nonces[owner],
            deadline
        )
    );

    bytes32 hash = keccak256(abi.encodePacked("\x19\x01", eip712DomainHash, hashStruct));
    address signer = ecrecover(hash, v, r, s);
    require(signer == owner, "MyFunction: invalid signature");
    require(signer != address(0), "ECDSA: invalid signature");

    require(block.timestamp < deadline, "MyFunction: signed transaction expired");
    nonces[owner]++;

    _myFunction(owner, myParam);
}

ecrecover的安全问题+解决方案

ecrecover有几个问题，在上面的代码中没有说明，但你应该注意：

1. 在某些情况下，ecrecover可以返回一个随机地址，而不是无效签名的0。这一点可以通过结构化数据中加入所有者地址来防止。
2. 签名是可塑的，这意味着你可能会为同一数据创建第二个同样有效的签名。在我们的案例中，我们没有使用签名数据本身（例如，可以作为一个ID）。
3. 如果哈希值不是在合约本身中计算的，攻击者可以构建一个看起来有效的哈希值和签名。

在实践中，我再次建议使用Openzeppelin合约。他们的ECDSA实现解决了所有这三个问题，而且他们还有一个EIP-712实现（在我看来还是一个草案，但可以使用）。这不仅更容易使用，而且他们还做了进一步的改进:

• eip712DomainHash的缓存机制，所以只有在chainId改变时才会计算（所以通常只计算一次）
• 如上所述，对签名的额外安全检查
• 能够以字符串形式发送签名

上面的代码将被简化为:

import "@openzeppelin-contracts/contracts/utils/cryptography/ECDSA.sol";
import "@openzeppelin-contracts/contracts/utils/cryptography/draft-EIP712.sol";

contract MyContract is EIP712 {
    function executeMyFunctionFromSignature(
        bytes memory signature,
        address owner,
        uint256 myParam,
        uint256 deadline
    ) external {
        bytes32 digest = _hashTypedDataV4(keccak256(abi.encode(
            keccak256("MyFunction(address owner,uint256 myParam,uint256 nonce,uint256 deadline)"),
            owner,
            myParam,
            nonces[owner],
            deadline
        )));

        address signer = ECDSA.recover(digest, signature);
        require(signer == owner, "MyFunction: invalid signature");
        require(signer != address(0), "ECDSA: invalid signature");

        require(block.timestamp < deadline, "MyFunction: signed transaction expired");
        nonces[owner]++;

        _myFunction(owner, myParam);
    }
}

这就是目前最新的EIP-721的第四版标准。如果你在其他合约中遇到EIP-712的实现，要注意使用的是哪个版本。

另外，最后也说明一下，调试无效的签名是非常痛苦的，因为任何数值的微小差异都会导致无效的签名，但你不知道哪些数据可能是错误的。因此，如果你遇到无效签名，一定要仔细检查你的所有输入。

另一个有趣的标准是EIP-1271。由于以太坊的智能合约背后没有私钥，所以它们不能创建那些v、r、s签名。但有了这个标准，仍然可以让合约本身创建签名，见我之前的文章的底部。