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移动开发中的安全实践（二）：Aptos Coin

Code Auditing
November 21, 2022
18 min read

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

摘要

本文将告诉您：

  • 什么是 Aptos 币？
  • 如何创建和管理您的币？
  • 如何与您的币进行交互？

0x1. 关于 Aptos 币

作为 DeFi 的基石，代币（或币）已被广泛应用于区块链生态系统中。它们可以用来代表各种事物，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 的日常活动可以简单地看作是区块链系统之间大量的代币流动。

以太坊为代币制定了一套标准。其中最著名的是 ERC20，它规定了标准 ERC20 代币需要遵守的接口。ERC20 是一个同质化代币标准，同时也有非同质化代币标准，如 ERC721。

与其他区块链系统类似，Aptos 也有其代币标准 [2]，它定义了数字资产在其各自区块链上的创建和使用方式。具体来说，在 Aptos 中，同质化代币称为 币 (coin)，而非同质化代币（即 NFT）则称为 代币 (token)。下面，我们将讨论创建、管理和交互 Aptos 币的方法。

0x2. 创建和管理您的第一个币

Aptos 提供了一个官方标准模块（类似于 ERC20）：coin.move。通过调用此模块的 API，任何用户都可以轻松创建自己的币。此外，coin.move 还提供了权限机制来管理币，这对于构建复杂的 DeFi 应用程序非常重要且有用。下面，我们将演示如何基于此模块创建币。

如前一篇文章所述，您可以通过键入以下命令创建一个项目：

aptos move init --name my_coin

然后，您需要在 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 的模块来创建和管理一个名为 BSC 的标准币。

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，用作币的唯一标识符。因此，可以通过 BlockSec::bsc::BSC 路径唯一确定此币。
  • CapStore 结构，用于存储从 aptos_framework::coin 模块获取的一些能力。这些能力对应于某些特殊操作的权限，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，并且仅在模块发布到链上时调用一次。在此函数中，模块调用 coin::initialize<BSC> 来注册 BlockSec::bsc::BSC 作为新币的唯一标识符。

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 {}

注册完成后，aptos_framework::coin 模块中所有接受 BlockSec::bsc::BSC 类型的泛型函数都将操作此币。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币、冻结用户账户和销毁币。在某种程度上，这种能力结构的函数功能类似于密钥，用于打开特定权限的锁。如果有人拥有密钥，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（由该模块的管理员/发布者拥有）中以备将来使用。

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

/// 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，您的币已在链上注册。但是，由于目前还没有流通，没有人可以使用此币。要使币可用，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币时获得的能力。

0x2.2 币管理

此币设计遵循以下规则：

  • 只有管理员（admin）可以铸造币。
  • 用户可以随时销毁自己的币。
  • 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币和销毁币；而后三个函数则用于冻结和解冻账户。

铸造币

在我们的模块中，mint_coin 函数用于铸造币。因为只有管理员可以铸造币，所以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 的类型是 &signer，即交易的发起者。
  • to_address 指明铸造的币将被存入的地址。
  • amount 指明铸造的币的数量。

它包含三个步骤：获取铸造币的能力，铸造币，以及存入币。

首先，在 mint_coin 函数的开始处，可以通过 signer::address_of(cap_owner) 获取交易发起者的账户地址。然后，使用 borrow_global<CapStore> 确认该账户是否拥有 CapStore，以验证它是否是该模块的管理员。通过这样做，我们可以确保只有管理员可以铸造币，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 函数来铸造币。

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 MintCapability 相关联的权限也会相应地转移。虽然没有明确的访问控制，但验证由 Move 语言强制执行。

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

技巧#1：可以通过类似的方法验证特权账户的访问控制。

销毁币

销毁币的过程与铸造币不同。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 的类型是 &signer，即交易的发起者。
  • amount 指明要销毁的币的数量。

它也包含三个步骤：获取销毁币的能力，提取币，以及销毁币。

显然，aptos_framework::coin 模块的 burn 函数要求调用者传入 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币。

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));
    }
}

为了实现这个目标，我们可以使用 Move 语言提供的 borrow_global 操作符。它用于从账户的不可变全局存储中读取特定数据类型。使用此操作符，模块可以 借用 管理员拥有的能力给其他用户。也就是说，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 和 BSC 来获取模块的地址，在该地址定义了这个结构。由于该模块是在管理员地址下发布的，我们可以进一步获取管理员地址，并最终获得 BurnCapability 能力。

技巧#2：_borrow_global_ 操作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币，并使用该能力销毁币。

冻结和解冻币账户

基于以上讨论，现在我们可以轻松地完成币账户的管理。具体来说，我们提供了 freeze_self 函数供用户冻结自己的币账户。我们还提供了 emergency_freeze 函数用于紧急冻结，该函数只能由管理员使用。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：返回能力时要谨慎！获取这些能力的恶意用户可能会滥用它们对币持有者造成损害！

0x3. 与币交互

这里我们重点关注与币交互的方式。

0x3.1 注册

您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币的使用权和事件记录器。为了使用某种币，aptos_framework::coin 模块规定用户必须首先通过 aptos_framework::coin::register 函数显式注册使用该币的权利。

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币，才能正常持有该币。也就是说，如果您不希望持有某种币，其他人就无法在未经您同意的情况下将该币放入您的账户。注册实际上是将一个 CoinStore 结构（目标币类型）放入您的账户。这个 CoinStore 结构包含一个 Coin 结构来记录您的余额。

技巧#4：与以太坊代币不同，Aptos 币不能在用户未显式注册的情况下持有和操作。

0x3.2 转账

假设您现在拥有一些 BSC 币，那么您可以通过调用 aptos_framework::coin 模块的 transfer 函数来转账这些币。

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，用于从您的账户中提取一定数量的资产到币中。deposit 函数可以将币存入任何已注册的账户。此函数不需要额外的权限，并将指定的币存入账户地址。最后，转账的币将自动与存储在目标地址的 CoinStore 结构中的币合并。

技巧#5：提取后，币中的资产由当前的 _transfer_ 函数控制。该函数可以在不获取额外权限的情况下将这些资产交付给 _deposit_ 函数。

0x3.3 分割和合并

与以太坊代币不同，币的流通不能通过修改用户余额来更新。相反，可以通过提取 coin 模块中的 Coin 结构来实现。通过这样做，用户通过将该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，因此 coin 模块提供了一些接口来操作 Coin 结构，包括将币分割成更小的单位和合并多个币以满足不同场景的需求。

  1. extract 函数用于分割币。它接收一个 Coin 结构，从中提取一部分资产生成一个新的 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 }
}

  2. extract_all 函数用于提取原始 Coin 结构的所有值并将其存入一个新的 Coin 结构。结果是原始 Coin 结构的值将变为零（即 zero_coin）。可以通过调用 destroy_zero 函数销毁 zero_coin 结构。

    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))
}

  3. merge 函数用于合并币。您可以将两个 Coin 结构的价值，即 source_coin 和 dst_coin，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;
}

  4. zero 函数用于生成一个 zero_coin 结构。

    public fun zero<CoinType>(): Coin<CoinType> {
    Coin<CoinType> {
        value: 0
    }
}

0x4. 测试币

要快速测试此币，您可以先使用以下命令进行部署（不要忘记在 Move.toml 中设置您的发布者账户地址！）

$ 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，币就成功发布到链上了，但它没有任何流通。您需要注册您的账户才能接收铸造的币。

$ 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 需要替换为您自己的地址（参见 .aptos/config.yaml 中的 account）。在 浏览器 中输入您的地址，然后单击 Resources 选项卡，您可以看到该账户现在拥有 100 个 BSC 币。

如果您想将币转账给另一个账户，请不要忘记让该账户注册使用该币。因为 transfer 函数是一个泛型函数，您需要指定泛型参数为 BSC 和 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 币转账给 To_address。这里 0x1::coin::transfer 是 transfer 函数的函数 ID。请记住，BlockSec::bsc::BSC 是您的币的标识符，必须指定泛型参数。此外，BSC-module-address 应替换为模块发布者账户地址，该地址在 Move.toml 中被指定为 BlockSec。

0x5. 下一步

在了解了如何创建、管理和交互自己的币之后，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主题。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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