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WTF Solidity极简入门: 45. 时间锁

我最近在重新学 Solidity,巩固一下细节,也写一个“WTF Solidity极简入门”,供小白们使用(编程大佬可以另找教程),每周更新 1-3 讲。

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所有代码和教程开源在 github: github.com/AmazingAng/WTF-Solidity


这一讲,我们介绍时间锁和时间锁合约。代码由Compound的Timelock合约简化而来。

时间锁

时间锁

时间锁(Timelock)是银行金库和其他高安全性容器中常见的锁定机制。它是一种计时器,旨在防止保险箱或保险库在预设时间之前被打开,即便开锁的人知道正确密码。

在区块链,时间锁被DeFiDAO大量采用。它是一段代码,他可以将智能合约的某些功能锁定一段时间。它可以大大改善智能合约的安全性,举个例子,假如一个黑客黑了Uniswap的多签,准备提走金库的钱,但金库合约加了2天锁定期的时间锁,那么黑客从创建提钱的交易,到实际把钱提走,需要2天的等待期。在这一段时间,项目方可以找应对办法,投资者可以提前抛售代币减少损失。

时间锁合约

下面,我们介绍一下时间锁Timelock合约。它的逻辑并不复杂:

  • 在创建Timelock合约时,项目方可以设定锁定期,并把合约的管理员设为自己。

  • 时间锁主要有三个功能:

    • 创建交易,并加入到时间锁队列。
    • 在交易的锁定期满后,执行交易。
    • 后悔了,取消时间锁队列中的某些交易。
  • 项目方一般会把时间锁合约设为重要合约的管理员,例如金库合约,再通过时间锁操作他们。

  • 时间锁合约的管理员一般为项目的多签钱包,保证去中心化。

事件

Timelock合约中共有4个事件。

  • QueueTransaction:交易创建并进入时间锁队列的事件。
  • ExecuteTransaction:锁定期满后交易执行的事件。
  • CancelTransaction:交易取消事件。
  • NewAdmin:修改管理员地址的事件。
    // 事件
// 交易取消事件
event CancelTransaction(bytes32 indexed txHash, address indexed target, uint value, string signature, bytes data, uint executeTime);
// 交易执行事件
event ExecuteTransaction(bytes32 indexed txHash, address indexed target, uint value, string signature, bytes data, uint executeTime);
// 交易创建并进入队列 事件
event QueueTransaction(bytes32 indexed txHash, address indexed target, uint value, string signature, bytes data, uint executeTime);
// 修改管理员地址的事件
event NewAdmin(address indexed newAdmin);

状态变量

Timelock合约中共有4个状态变量。

  • admin:管理员地址。
  • delay:锁定期。
  • GRACE_PERIOD:交易过期时间。如果交易到了执行的时间点,但在GRACE_PERIOD没有被执行,就会过期。
  • queuedTransactions:进入时间锁队列交易的标识符txHashbool的映射,记录所有在时间锁队列中的交易。
    // 状态变量
address public admin; // 管理员地址
uint public constant GRACE_PERIOD = 7 days; // 交易有效期,过期的交易作废
uint public delay; // 交易锁定时间 (秒)
mapping (bytes32 => bool) public queuedTransactions; // txHash到bool,记录所有在时间锁队列中的交易

修饰器

Timelock合约中共有2modifier

  • onlyOwner():被修饰的函数只能被管理员执行。
  • onlyTimelock():被修饰的函数只能被时间锁合约执行。
    // onlyOwner modifier
modifier onlyOwner() {
require(msg.sender == admin, "Timelock: Caller not admin");
_;
}

// onlyTimelock modifier
modifier onlyTimelock() {
require(msg.sender == address(this), "Timelock: Caller not Timelock");
_;
}

函数

Timelock合约中共有7个函数。

  • 构造函数:初始化交易锁定时间(秒)和管理员地址。
  • queueTransaction():创建交易并添加到时间锁队列中。参数比较复杂,因为要描述一个完整的交易:
    • target:目标合约地址

    • value:发送ETH数额

    • signature:调用的函数签名(function signature)

    • data:交易的call data

    • executeTime:交易执行的区块链时间戳。

      调用这个函数时,要保证交易预计执行时间executeTime大于当前区块链时间戳+锁定时间delay。交易的唯一标识符为所有参数的哈希值,利用getTxHash()函数计算。进入队列的交易会更新在queuedTransactions变量中,并释放QueueTransaction事件。

  • executeTransaction():执行交易。它的参数与queueTransaction()相同。要求被执行的交易在时间锁队列中,达到交易的执行时间,且没有过期。执行交易时用到了solidity的低级成员函数call,在第22讲中有介绍。
  • cancelTransaction():取消交易。它的参数与queueTransaction()相同。它要求被取消的交易在队列中,会更新queuedTransactions并释放CancelTransaction事件。
  • changeAdmin():修改管理员地址,只能被Timelock合约调用。
  • getBlockTimestamp():获取当前区块链时间戳。
  • getTxHash():返回交易的标识符,为很多交易参数的hash
    /**
* @dev 构造函数,初始化交易锁定时间 (秒)和管理员地址
*/
constructor(uint delay_) {
delay = delay_;
admin = msg.sender;
}

/**
* @dev 改变管理员地址,调用者必须是Timelock合约。
*/
function changeAdmin(address newAdmin) public onlyTimelock {
admin = newAdmin;

emit NewAdmin(newAdmin);
}

/**
* @dev 创建交易并添加到时间锁队列中。
* @param target: 目标合约地址
* @param value: 发送eth数额
* @param signature: 要调用的函数签名(function signature)
* @param data: call data,里面是一些参数
* @param executeTime: 交易执行的区块链时间戳
*
* 要求:executeTime 大于 当前区块链时间戳+delay
*/
function queueTransaction(address target, uint256 value, string memory signature, bytes memory data, uint256 executeTime) public onlyOwner returns (bytes32) {
// 检查:交易执行时间满足锁定时间
require(executeTime >= getBlockTimestamp() + delay, "Timelock::queueTransaction: Estimated execution block must satisfy delay.");
// 计算交易的唯一识别符:一堆东西的hash
bytes32 txHash = getTxHash(target, value, signature, data, executeTime);
// 将交易添加到队列
queuedTransactions[txHash] = true;

emit QueueTransaction(txHash, target, value, signature, data, executeTime);
return txHash;
}

/**
* @dev 取消特定交易。
*
* 要求:交易在时间锁队列中
*/
function cancelTransaction(address target, uint256 value, string memory signature, bytes memory data, uint256 executeTime) public onlyOwner{
// 计算交易的唯一识别符:一堆东西的hash
bytes32 txHash = getTxHash(target, value, signature, data, executeTime);
// 检查:交易在时间锁队列中
require(queuedTransactions[txHash], "Timelock::cancelTransaction: Transaction hasn't been queued.");
// 将交易移出队列
queuedTransactions[txHash] = false;

emit CancelTransaction(txHash, target, value, signature, data, executeTime);
}

/**
* @dev 执行特定交易。
*
* 要求:
* 1. 交易在时间锁队列中
* 2. 达到交易的执行时间
* 3. 交易没过期
*/
function executeTransaction(address target, uint256 value, string memory signature, bytes memory data, uint256 executeTime) public payable onlyOwner returns (bytes memory) {
bytes32 txHash = getTxHash(target, value, signature, data, executeTime);
// 检查:交易是否在时间锁队列中
require(queuedTransactions[txHash], "Timelock::executeTransaction: Transaction hasn't been queued.");
// 检查:达到交易的执行时间
require(getBlockTimestamp() >= executeTime, "Timelock::executeTransaction: Transaction hasn't surpassed time lock.");
// 检查:交易没过期
require(getBlockTimestamp() <= executeTime + GRACE_PERIOD, "Timelock::executeTransaction: Transaction is stale.");
// 将交易移出队列
queuedTransactions[txHash] = false;

// 获取call data
bytes memory callData;
if (bytes(signature).length == 0) {
callData = data;
} else {
callData = abi.encodePacked(bytes4(keccak256(bytes(signature))), data);
}
// 利用call执行交易
(bool success, bytes memory returnData) = target.call{value: value}(callData);
require(success, "Timelock::executeTransaction: Transaction execution reverted.");

emit ExecuteTransaction(txHash, target, value, signature, data, executeTime);

return returnData;
}

/**
* @dev 获取当前区块链时间戳
*/
function getBlockTimestamp() public view returns (uint) {
return block.timestamp;
}

/**
* @dev 将一堆东西拼成交易的标识符
*/
function getTxHash(
address target,
uint value,
string memory signature,
bytes memory data,
uint executeTime
) public pure returns (bytes32) {
return keccak256(abi.encode(target, value, signature, data, executeTime));
}

Remix演示

1. 部署Timelock合约,锁定期设为120秒。

`Remix`演示

2. 直接调用changeAdmin()将报错。

`Remix`演示

3. 构造更改管理员的交易。

为了构造交易,我们要分别填入以下参数: address target, uint256 value, string memory signature, bytes memory data, uint256 executeTime

  • target:因为调用的是Timelock自己的函数,填入合约地址。
  • value:不用转入ETH,这里填0
  • signaturechangeAdmin()的函数签名为:"changeAdmin(address)"
  • data:这里填要传入的参数,也就是新管理员的地址。但是要把地址填充为32字节的数据,以满足以太坊ABI编码标准。可以使用hashex网站进行参数的ABI编码。例子:
    编码前地址:0xAb8483F64d9C6d1EcF9b849Ae677dD3315835cb2
    编码后地址:0x000000000000000000000000ab8483f64d9c6d1ecf9b849ae677dd3315835cb2
  • executeTime:先调用getBlockTimestamp()得到当前区块链时间,再在它的基础上加个150秒填入。
    `Remix`演示

4. 调用queueTransaction,将交易放入时间锁队列。

`Remix`演示

5. 在锁定期内调用executeTransaction,调用失败。

`Remix`演示

6. 在锁定期满调用executeTransaction,交易成功。

`Remix`演示

7. 查看新的admin地址。

`Remix`演示

总结

时间锁可以将智能合约的某些功能锁定一段时间,大大减少项目方rug pull和黑客攻击的机会,增加去中心化应用的安全性。它被DeFiDAO大量采用,其中包括UniswapCompound。你投资的项目有使用时间锁吗?