移动开发中的安全实践 (2)：Aptos Coin

在Aptos上，使用官方标准模块coin.move轻松创建和管理您自己的代币。

移动开发中的安全实践 (2)：Aptos Coin

在上一篇文章中，我们简要介绍了如何在Aptos网络上开发一个Hello World程序。从现在开始，我们将更深入地探讨DeFi应用的开发及其安全问题。一如既往，我们希望从一些基础但重要的概念开始。本文将重点关注Aptos Coin（即Aptos中的同质化代币[1]），包括其开发、管理和交互。

摘要

本文将告诉你：

  • 什么是Aptos Coin？
  • 如何创建和管理你的Coin？
  • 如何与你的Coin进行交互？

0x1. 关于Aptos Coin

作为DeFi的原子，代币（或硬币）已广泛应用于区块链生态系统中。它们可以用来表示各种事物，包括电子货币、质押份额以及组织管理的投票权。在某种程度上，DeFi的日常活动可以被简单地看作是跨区块链系统的巨量代币流动。

以太坊为代币开发了一套标准。其中最知名的是ERC20，它规定了标准ERC20代币需要遵守的接口。ERC20是同质化代币标准，同时也有非同质化代币标准，例如ERC721。

与其他区块链系统类似，Aptos也有其代币标准[2]，该标准定义了如何在各自的区块链上创建和使用数字资产。具体来说，在Aptos中，同质化代币称为Coin，而非同质化代币（即NFT）称为Token。接下来，我们将讨论创建、管理和交互Aptos Coin的方式。

0x2. 创建和管理你的第一个Coin

Aptos提供了一个官方标准模块（类似于ERC20）：coin.move。通过调用该模块的API，任何用户都可以轻松创建自己的Coin。此外，coin.move还提供了权限机制来管理Coin，这对于构建复杂的DeFi应用来说很重要且有用。接下来，我们将演示如何基于此模块创建Coin。

如上一篇文章所述，你可以通过输入以下命令来创建一个项目：

aptos move init --name my_coin

然后，你需要在sources文件夹下创建一个新的Move文件。现在，让我们用以下示例代码填充它，该代码定义了一个名为bsc的模块，用于创建和管理一个名为BSC的标准Coin。

module BlockSec::bsc{
    use aptos_framework::coin;
    use aptos_framework::event;
    use aptos_framework::account;
    use aptos_std::type_info;
    use std::string::{utf8, String};
    use std::signer;


    struct BSC{}
    
    struct CapStore has key{
        mint_cap: coin::MintCapability<BSC>,
        freeze_cap: coin::FreezeCapability<BSC>,
        burn_cap: coin::BurnCapability<BSC>
    }

    struct BSCEventStore has key{
        event_handle: event::EventHandle<String>,
    }

    fun init_module(account: &signer){
        let (burn_cap, freeze_cap, mint_cap) = coin::initialize<BSC>(account, utf8(b"BSC"), utf8(b"BSC"), 6, true);
        move_to(account, CapStore{mint_cap: mint_cap, freeze_cap: freeze_cap, burn_cap: burn_cap});
    }

    public entry fun register(account: &signer){
        let address_ = signer::address_of(account);
        if(!coin::is_account_registered<BSC>(address_)){
            coin::register<BSC>(account);
        };
        if(!exists<BSCEventStore>(address_)){
            move_to(account, BSCEventStore{event_handle: account::new_event_handle(account)});
        };
    }

    fun emit_event(account: address, msg: String) acquires BSCEventStore{
        event::emit_event<String>(&mut borrow_global_mut<BSCEventStore>(account).event_handle, msg);
    }

    public entry fun mint_coin(cap_owner: &signer, to_address: address, amount: u64) acquires CapStore, BSCEventStore{
        let mint_cap = &borrow_global<CapStore>(signer::address_of(cap_owner)).mint_cap;
        let mint_coin = coin::mint<BSC>(amount, mint_cap);
        coin::deposit<BSC>(to_address, mint_coin);
        emit_event(to_address, utf8(b"minted BSC"));
    }

    public entry fun burn_coin(account: &signer, amount: u64) acquires CapStore, BSCEventStore{
        let owner_address = type_info::account_address(&type_info::type_of<BSC>());
        let burn_cap = &borrow_global<CapStore>(owner_address).burn_cap;
        let burn_coin = coin::withdraw<BSC>(account, amount);
        coin::burn<BSC>(burn_coin, burn_cap);
        emit_event(signer::address_of(account), utf8(b"burned BSC"));
    }

    public entry fun freeze_self(account: &signer) acquires CapStore, BSCEventStore{
        let owner_address = type_info::account_address(&type_info::type_of<BSC>());
        let freeze_cap = &borrow_global<CapStore>(owner_address).freeze_cap;
        let freeze_address = signer::address_of(account);
        coin::freeze_coin_store<BSC>(freeze_address, freeze_cap);
        emit_event(freeze_address, utf8(b"freezed self"));
    }

    public entry fun emergency_freeze(cap_owner: &signer, freeze_address: address) acquires CapStore, BSCEventStore{
        let owner_address = signer::address_of(cap_owner);
        let freeze_cap = &borrow_global<CapStore>(owner_address).freeze_cap;
        coin::freeze_coin_store<BSC>(freeze_address, freeze_cap);
        emit_event(freeze_address, utf8(b"emergency freezed"));
    }

    public entry fun unfreeze(cap_owner: &signer, unfreeze_address: address) acquires CapStore, BSCEventStore{
        let owner_address = signer::address_of(cap_owner);
        let freeze_cap = &borrow_global<CapStore>(owner_address).freeze_cap;
        coin::unfreeze_coin_store<BSC>(unfreeze_address, freeze_cap);
        emit_event(unfreeze_address, utf8(b"unfreezed"));
    }
    
}

0x2.1 基本设计

首先，我们来看结构部分。总共定义了三个结构。

  • BSC结构，用作Coin的唯一标识符。因此，可以通过BlockSec::bsc::BSC路径唯一确定此Coin。
  • CapStore结构，用于存储从aptos_framework::coin模块获取的一些能力。这些能力对应于一些特殊操作的权限，稍后将进行解释。
  • BSCEventStore结构，用于记录用户事件。

在这些结构之后，有一个init_module函数，用于初始化模块，并且在模块发布到链上时只会被调用一次。在此函数中，模块调用coin::initialize<BSC>将BlockSec::bsc::BSC注册为新Coin的唯一标识符。

public fun initialize<CoinType>(
    account: &signer,
    name: string::String,
    symbol: string::String,
    decimals: u8,
    monitor_supply: bool,
): (BurnCapability<CoinType>, FreezeCapability<CoinType>, MintCapability<CoinType>) {
    initialize_internal(account, name, symbol, decimals, monitor_supply, false)
}

/// Capability required to mint coins.
struct MintCapability<phantom CoinType> has copy, store {}

/// Capability required to freeze a coin store.
struct FreezeCapability<phantom CoinType> has copy, store {}

/// Capability required to burn coins.
struct BurnCapability<phantom CoinType> has copy, store {}

在注册之后，aptos_framework::coin模块中所有带有BlockSec::bsc::BSC类型的泛型函数都将操作此Coin。此注册过程将返回三种能力，即MintCapability、FreezeCapability和BurnCapability。这些能力分别用于铸造Coin、冻结用户账户和销毁Coin。在某种程度上，这种能力结构的功能类似于一把钥匙，用于打开特定权限的锁。如果有人拥有钥匙，他就可以获得相应的权限。在这里，我们将这些能力存储在CapStore结构中（由该模块的管理员/发布者拥有）以供将来使用。

同时，在注册过程中，会在管理员地址下存储一个CoinInfo结构，以记录相关信息：

/// Information about a specific coin type. Stored on the creator of the coin's account.
struct CoinInfo<phantom CoinType> has key {
    name: string::String,
    /// Symbol of the coin, usually a shorter version of the name.
    /// For example, Singapore Dollar is SGD.
    symbol: string::String,
    /// Number of decimals used to get its user representation.
    /// For example, if `decimals` equals `2`, a balance of `505` coins should
    /// be displayed to a user as `5.05` (`505 / 10 ** 2`).
    decimals: u8,
    /// Amount of this coin type in existence.
    supply: Option<OptionalAggregator>,
}

调用init_module函数后，你的Coin就已在链上注册。然而，由于目前没有任何流通，没有人可以使用这个Coin。为了使Coin可用，需要支持一些操作，包括发行、分配和销毁。这些操作需要我们在注册Coin时获得的能力。

0x2.2 Coin管理

该Coin设计为遵循以下规则：

  • 只有管理员（admin）可以铸造Coin。
  • 用户可以随时销毁自己的Coin。
  • 用户可以随时冻结/解冻自己的账户。

因此，我们定义了五个管理函数，即mint_coin、burn_coin、freeze_self、emergency_freeze和unfreeze。前两个函数分别负责铸造Coin和销毁Coin；而后三个函数则用于冻结和解冻账户。

铸造Coin

在我们的模块中，mint_coin函数用于铸造Coin。因为只有管理员可以铸造Coin，我们必须在此函数中验证相应的能力。

public entry fun mint_coin(cap_owner: &signer, to_address: address, amount: u64) acquires CapStore, BSCEventStore{
    let mint_cap = &borrow_global<CapStore>(signer::address_of(cap_owner)).mint_cap;
    let mint_coin = coin::mint<BSC>(amount, mint_cap);
    coin::deposit<BSC>(to_address, mint_coin);
    emit_event(to_address, utf8(b"minted BSC"));
}

此函数需要三个参数：

  • cap_owner是&signer类型，即交易的发起者。
  • to_address指示铸造的Coin将存入的地址。
  • amount指示铸造的Coin数量。

它包括三个步骤：获取铸造Coin的能力，铸造Coin，以及存入Coin。

首先，在mint_coin函数的开头，可以通过signer::address_of(cap_owner)获取交易发起者的账户地址。之后，使用borrow_global<CapStore>来确认账户是否拥有CapStore，以验证它是否是模块的管理员。通过这样做，我们可以保证只有管理员可以铸造Coin，而其他用户将在这一步失败。

其次，mint_coin函数将调用aptos_framework::coin模块的mint函数来铸造Coin。

public fun mint<CoinType>(
        amount: u64,
        _cap: &MintCapability<CoinType>,
    ): Coin<CoinType> acquires CoinInfo {
    if (amount == 0) {
        return zero<CoinType>()
    };

    let maybe_supply = &mut borrow_global_mut<CoinInfo<CoinType>>(coin_address<CoinType>()).supply;
    if (option::is_some(maybe_supply)) {
        let supply = option::borrow_mut(maybe_supply);
        optional_aggregator::add(supply, (amount as u128));
    };

    Coin<CoinType> { value: amount }
}

这里需要MintCapability。具体来说，需要将一个名为_cap的参数作为MintCapability的引用传递。然后，与之关联的权限将相应地转移。虽然没有明确的访问控制，但验证是由Move语言强制执行的。

第三，mint_coin函数将调用deposit函数将铸造的Coin存入指定的to_address。

技巧#1：可以使用类似的方法来验证特权账户的访问控制。

销毁Coin

销毁Coin的过程与铸造Coin不同。具体来说，只有管理员可以调用mint_coin函数，而任何用户都可以调用burn_coin函数。为此，burn_coin函数必须暂时提升权限，即为这些用户获取BurnCapability能力。

public entry fun burn_coin(account: &signer, amount: u64) acquires CapStore, BSCEventStore{
    let owner_address = type_info::account_address(&type_info::type_of<BSC>());
    let burn_cap = &borrow_global<CapStore>(owner_address).burn_cap;
    let burn_coin = coin::withdraw<BSC>(account, amount);
    coin::burn<BSC>(burn_coin, burn_cap);
    emit_event(signer::address_of(account), utf8(b"burned BSC"));
}

此函数需要两个参数：

  • account是&signer类型，即交易的发起者。
  • amount指示要销毁的Coin数量。

它也包括三个步骤：获取销毁Coin的能力，提取Coin，以及销毁Coin。

显然，aptos_framework::coin模块的burn函数要求调用者传递BurnCapability的引用，但此能力存储在管理员的CapStore中。因此，我们必须允许普通用户获取此能力来销毁他们持有的Coin。

public fun burn<CoinType>(
    coin: Coin<CoinType>,
    _cap: &BurnCapability<CoinType>,
) acquires CoinInfo {
    let Coin { value: amount } = coin;
    assert!(amount > 0, error::invalid_argument(EZERO_COIN_AMOUNT));

    let maybe_supply = &mut borrow_global_mut<CoinInfo<CoinType>>(coin_address<CoinType>()).supply;
    if (option::is_some(maybe_supply)) {
        let supply = option::borrow_mut(maybe_supply);
        optional_aggregator::sub(supply, (amount as u128));
    }
}

为了实现这一目标，我们可以使用Move语言提供的borrow_global运算符。它用于从账户的不可变全局存储中读取特定数据类型。通过使用此运算符，模块可以**借出**管理员拥有的能力给其他用户。即，需要管理员地址来获取我们想要的能力。

然而，burn_coin函数的交易发起者是用户而不是管理员。因此，无法像mint_coin函数那样通过signer获取管理员地址。幸运的是，可以通过aptos_std::type_info并使用BSC来获取定义此结构的模块的地址。由于该模块是在管理员地址下发布的，我们可以进一步相应地获取管理员地址，并最终获得BurnCapability能力。

技巧#2： _borrow_global_ 运算符可用于临时获取模块的能力。

在获得BurnCapability后，模块可以从用户那里提取指定数量的Coin，并使用该能力销毁Coin。

冻结和解冻Coin账户

基于以上讨论，现在我们可以轻松地完成Coin账户的管理。具体来说，我们提供了freeze_self函数供用户冻结其Coin账户。这里我们也提供了emergency_freeze函数用于紧急冻结，只能由管理员使用。此外，由于存在紧急冻结机制，不应允许用户自行解冻。因此，unfreeze函数也需要管理员来解冻用户账户。

public entry fun freeze_self(account: &signer) acquires CapStore, BSCEventStore{
    let owner_address = type_info::account_address(&type_info::type_of<BSC>());
    let freeze_cap = &borrow_global<CapStore>(owner_address).freeze_cap;
    let freeze_address = signer::address_of(account);
    coin::freeze_coin_store<BSC>(freeze_address, freeze_cap);
    emit_event(freeze_address, utf8(b"freezed self"));
}

public entry fun emergency_freeze(cap_owner: &signer, freeze_address: address) acquires CapStore, BSCEventStore{
    let owner_address = signer::address_of(cap_owner);
    let freeze_cap = &borrow_global<CapStore>(owner_address).freeze_cap;
    coin::freeze_coin_store<BSC>(freeze_address, freeze_cap);
    emit_event(freeze_address, utf8(b"emergency freezed"));
}

public entry fun unfreeze(cap_owner: &signer, unfreeze_address: address) acquires CapStore, BSCEventStore{
    let owner_address = signer::address_of(cap_owner);
    let freeze_cap = &borrow_global<CapStore>(owner_address).freeze_cap;
    coin::unfreeze_coin_store<BSC>(unfreeze_address, freeze_cap);
    emit_event(unfreeze_address, utf8(b"unfreezed"));
}

技巧#3：通过函数返回能力时要小心！获取这些能力的恶意用户可能会滥用它们对Coin持有者造成损害！

0x3. 与Coin交互

这里我们专注于与Coin交互的方式。

0x3.1 注册

你可能已经注意到模块中存在一个register函数：

public entry fun register(account: &signer){
    let address_ = signer::address_of(account);
    if(!coin::is_account_registered<BSC>(address_)){
        coin::register<BSC>(account);
    };
    if(!exists<BSCEventStore>(address_)){
        move_to(account, BSCEventStore{event_handle: account::new_event_handle(account)});
    };
}

此函数用于帮助用户注册Coin使用权和事件记录器。为了使用某个Coin，aptos_framework::coin模块规定用户必须首先通过aptos_framework::coin::register函数显式注册使用Coin的权利。

public fun register<CoinType>(account: &signer) {
    let account_addr = signer::address_of(account);
    assert!(
        !is_account_registered<CoinType>(account_addr),
        error::already_exists(ECOIN_STORE_ALREADY_PUBLISHED),
    );

    account::register_coin<CoinType>(account_addr);
    let coin_store = CoinStore<CoinType> {
        coin: Coin { value: 0 },
        frozen: false,
        deposit_events: account::new_event_handle<DepositEvent>(account),
        withdraw_events: account::new_event_handle<WithdrawEvent>(account),
    };
    move_to(account, coin_store);
}

用户只有通过此函数注册了该类型的Coin，才能正常持有该Coin。也就是说，如果你不希望持有某个Coin，其他人就不能在未经你同意的情况下将该Coin存入你的账户。注册实际上是将一个CoinStore结构（目标Coin类型）放入你的账户。这个CoinStore结构包含一个Coin结构来记录你的余额。

技巧#4：与以太坊代币不同，Aptos Coin在用户显式注册之前无法持有和操作。

0x3.2 转账

假设你现在拥有一些BSC Coin，那么你可以通过调用aptos_framework::coin模块的transfer函数来转账这些Coin。

public entry fun transfer<CoinType>(
    from: &signer,
    to: address,
    amount: u64,
) acquires CoinStore {
    let coin = withdraw<CoinType>(from, amount);
    deposit(to, coin);
}

请注意，这是coin模块提供的一个入口函数。其逻辑包括调用两个公共函数，即withdraw和deposit。withdraw函数需要&signer权限，用于从你的账户提取一定数量的资产到Coin中。deposit函数可以向任何已注册的账户存入Coin。此函数不需要额外的权限，并将指定的Coin存入账户地址。最后，转账的Coin将自动与存储在目标地址的CoinStore结构中的Coin合并。

技巧#5：提取后，Coin中的资产由当前的 _transfer_ 函数控制。此函数可以在不获取额外权限的情况下将这些资产传递给 _deposit_ 函数。

0x3.3 分割和合并

与以太坊代币不同，Coin的流通不能通过修改用户余额来更新。相反，它可以通过在coin模块中提取Coin结构来实现。通过这样做，用户通过将此结构传递给其他模块来实现资产流通。由于一个结构只能由定义它的模块操作，coin模块提供了一些接口来操作Coin结构，包括将Coin分割成更小的单位以及合并多个Coin以满足不同场景的需求。

  1. extract函数用于分割Coin。它接收一个Coin结构，从中提取一部分资产以生成一个新的Coin结构，并返回新结构。
public fun extract<CoinType>(coin: &mut Coin<CoinType>, amount: u64): Coin<CoinType> {
    assert!(coin.value >= amount, error::invalid_argument(EINSUFFICIENT_BALANCE));
    coin.value = coin.value - amount;
    Coin { value: amount }
}
  1. extract_all函数用于提取原始Coin结构的全部价值并将其存入一个新的Coin结构。结果是原始Coin结构的价值将变为零（即zero_coin）。zero_coin结构可以通过调用destroy_zero函数来销毁。
public fun extract_all<CoinType>(coin: &mut Coin<CoinType>): Coin<CoinType> {
    let total_value = coin.value;
    coin.value = 0;
    Coin { value: total_value }
}

public fun destroy_zero<CoinType>(zero_coin: Coin<CoinType>) {
    let Coin { value } = zero_coin;
    assert!(value == 0, error::invalid_argument(EDESTRUCTION_OF_NONZERO_TOKEN))
}
  1. merge函数用于合并Coin。你可以将两个Coin结构（source_coin和dst_coin）的价值合并到dst_coin结构中，并销毁source_coin结构。
public fun merge<CoinType>(dst_coin: &mut Coin<CoinType>, source_coin: Coin<CoinType>) {
    spec {
        assume dst_coin.value + source_coin.value <= MAX_U64;
    };
    dst_coin.value = dst_coin.value + source_coin.value;
    let Coin { value: _ } = source_coin;
}
  1. zero函数用于生成一个zero_coin结构。
public fun zero<CoinType>(): Coin<CoinType> {
    Coin<CoinType> {
        value: 0
    }
}

0x4. 测试Coin

为了快速测试此Coin，你可以先使用以下命令将其发布（别忘了在Move.toml中设置你的发布者账户地址！）

$ aptos move publish --package-dir ./
Compiling, may take a little while to download git dependencies...
INCLUDING DEPENDENCY AptosFramework
INCLUDING DEPENDENCY AptosStdlib
INCLUDING DEPENDENCY MoveStdlib
BUILDING my_coin
package size 2751 bytes
Do you want to submit a transaction for a range of [868300 - 1302400] Octas at a gas unit price of 100 Octas? [yes/no] >
yes
{
  "Result": {
    "transaction_hash": "xxx",
    ...

这样，Coin就成功发布到链上了，但它没有任何流通。你需要注册你的账户才能接收铸造的Coin。

$ aptos move run --function-id default::bsc::register
Do you want to submit a transaction for a range of [153100 - 229600] Octas at a gas unit price of 100 Octas? [yes/no] >
yes
{
  "Result": {
    "transaction_hash": "xxx",
    ...

请注意，第二个命令中的**Your-address需要替换为你自己的地址（请参阅.aptos/config.yaml中的account）。在浏览器中输入你的地址，然后点击Resources**选项卡，你就可以看到该账户现在拥有100个BSC Coin。

如果你想将Coin转账给另一个账户，请不要忘记让该账户注册以使用该Coin。因为transfer函数是一个泛型函数，你需要将泛型参数指定为BSC，以及to_address，如下所示：

$ aptos move run — function-id 0x1::coin::transfer — type-args BSC-module-address::bsc::BSC — args address:To_address u64:1

此命令将调用coin模块的transfer函数，将1个BSC Coin转账给**To_address。这里0x1::coin::transfer是transfer函数的函数ID。请记住，BlockSec::bsc::BSC是你Coin的标识符，必须为其指定泛型参数。此外，BSC-module-address应替换为模块发布者账户地址，该地址在Move.toml中指定为BlockSec**。

0x5. 下一步

在了解了如何创建、管理和交互自己的Coin之后，我们将演示如何构建第一个DeFi基石项目：自动做市商（AMM）。还将涵盖更多关于Move开发和安全实践的有趣话题。敬请关注！

参考

[1] https://aptos.dev/concepts/coin-and-token/aptos-coin/ [2] https://aptos.dev/concepts/coin-and-token/index [3] https://aptos.dev/concepts/coin-and-token/aptos-token

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