NFT Smart kontrakty: Hloubkový pohled na implementaci ERC-721

Nezaměnitelné tokeny (NFT) způsobily revoluci v oblasti digitálních aktiv a umožnily reprezentaci jedinečných položek na blockchainu. Srdcem většiny NFT je standard ERC-721, soubor pravidel, kterými se řídí vytváření, správa a převod těchto tokenů. Tento komplexní průvodce poskytuje hloubkový pohled na smart kontrakty ERC-721, zabývá se jejich architekturou, detaily implementace, bezpečnostními aspekty a praktickými aplikacemi.

Co je ERC-721?

ERC-721 je standard pro reprezentaci nezaměnitelných tokenů na blockchainu Ethereum. Na rozdíl od tokenů ERC-20, které jsou zaměnitelné (což znamená, že každý token je identický s každým jiným), jsou tokeny ERC-721 unikátní. Každý token má odlišné ID, což ho činí vhodným pro reprezentaci vlastnictví jedinečných digitálních nebo fyzických aktiv.

Klíčové vlastnosti tokenů ERC-721:

Nezaměnitelnost: Každý token je jedinečný a odlišitelný od ostatních.
Jedinečná identifikace: Každý token má unikátní ID.
Sledování vlastnictví: Standard sleduje vlastnictví každého tokenu.
Převoditelnost: Tokeny lze převádět z jednoho účtu na druhý.
Metadata: K tokenům mohou být přidružena metadata, která poskytují další informace o aktivu, jež reprezentují.

Architektura smart kontraktu ERC-721

Smart kontrakt ERC-721 je program v jazyce Solidity, který implementuje standard ERC-721. Obvykle obsahuje následující komponenty:

Základní funkce:

balanceOf(address _owner): Vrací počet tokenů vlastněných danou adresou.
ownerOf(uint256 _tokenId): Vrací adresu vlastníka konkrétního tokenu.
transferFrom(address _from, address _to, uint256 _tokenId): Převede vlastnictví tokenu z jedné adresy na druhou. Vyžaduje schválení, pokud není iniciován vlastníkem.
approve(address _approved, uint256 _tokenId): Schválí jinou adresu k převodu vlastnictví konkrétního tokenu.
getApproved(uint256 _tokenId): Vrací adresu schválenou k převodu vlastnictví konkrétního tokenu.
setApprovalForAll(address _operator, bool _approved): Povolí nebo zakáže operátorovi spravovat všechny tokeny vlastněné volajícím.
isApprovedForAll(address _owner, address _operator): Kontroluje, zda je operátor schválen ke správě všech tokenů vlastněných danou adresou.

Rozšíření metadat (volitelné):

name(): Vrací název kolekce tokenů.
symbol(): Vrací symbol kolekce tokenů.
tokenURI(uint256 _tokenId): Vrací URI odkazující na JSON soubor obsahující metadata o konkrétním tokenu. Tato URI obvykle ukazuje na adresu InterPlanetary File System (IPFS).

Rozšíření pro výčet (volitelné):

totalSupply(): Vrací celkový počet existujících tokenů.
tokenByIndex(uint256 _index): Vrací ID tokenu na daném indexu všech tokenů uložených kontraktem.
tokenOfOwnerByIndex(address _owner, uint256 _index): Vrací ID tokenu na daném indexu, který je vlastněn konkrétní adresou.

Implementace smart kontraktu ERC-721 s OpenZeppelin

OpenZeppelin poskytuje bezpečnou a auditovanou knihovnu smart kontraktů, která zjednodušuje vývoj tokenů ERC-721. Použití implementace ERC721 od OpenZeppelin snižuje riziko zavedení zranitelností do vašeho kódu. Zde je příklad, jak implementovat smart kontrakt ERC-721 pomocí OpenZeppelin:

Předpoklady:

Node.js a npm: Ujistěte se, že máte nainstalovaný Node.js a npm.
Truffle nebo Hardhat: Vyberte si vývojové prostředí (např. Truffle nebo Hardhat) pro kompilaci a nasazení vašeho smart kontraktu.
Ganache: Nainstalujte si Ganache, osobní blockchain pro vývoj na Ethereu.

Kroky:

Inicializujte projekt v Truffle nebo Hardhat:

# Truffle
mkdir my-nft-project
cd my-nft-project
truffle init

# Hardhat
mkdir my-nft-project
cd my-nft-project
npx hardhat

Nainstalujte OpenZeppelin Contracts:

npm install @openzeppelin/contracts

Vytvořte smart kontrakt ERC-721: Vytvořte nový soubor v Solidity (např. `MyNFT.sol`) ve vašem adresáři `contracts`.

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;

import "@openzeppelin/contracts/token/ERC721/ERC721.sol";
import "@openzeppelin/contracts/utils/Counters.sol";

contract MyNFT is ERC721 {
    using Counters for Counters.Counter;
    Counters.Counter private _tokenIds;

    string private _baseURI;

    constructor(string memory name, string memory symbol, string memory baseURI) ERC721(name, symbol) {
        _baseURI = baseURI;
    }

    function mintNFT(address recipient) public returns (uint256) {
        _tokenIds.increment();

        uint256 newItemId = _tokenIds.current();
        _mint(recipient, newItemId);
        _setTokenURI(newItemId, string(abi.encodePacked(_baseURI, Strings.toString(newItemId), ".json")));

        return newItemId;
    }

    function _setTokenURI(uint256 tokenId, string memory _tokenURI) internal virtual {
        require(_exists(tokenId), "ERC721Metadata: URI set of nonexistent token");
        _tokenURIs[tokenId] = _tokenURI;
    }

    function tokenURI(uint256 tokenId) public view virtual override returns (string memory) {
        require(_exists(tokenId), "ERC721Metadata: URI query for nonexistent token");

        string memory _tokenURI = _tokenURIs[tokenId];
        return string(abi.encodePacked(_tokenURI));
    }

    mapping (uint256 => string) private _tokenURIs;

    function setBaseURI(string memory baseURI) public {
        _baseURI = baseURI;
    }



    // Následující funkce jsou přepsání vyžadovaná jazykem Solidity.

    function _beforeTokenTransfer(address from, address to, uint256 tokenId) internal override(ERC721) {
        super._beforeTokenTransfer(from, to, tokenId);
    }
}

import "@openzeppelin/contracts/utils/Strings.sol";

Zkompilujte smart kontrakt: Použijte Truffle nebo Hardhat ke zkompilování vašeho smart kontraktu.

# Truffle
truffle compile

# Hardhat
npx hardhat compile

Vytvořte skript pro nasazení: Vytvořte nový soubor JavaScript (např. `deploy.js`) ve vašem adresáři `migrations` nebo `scripts`.

// Příklad migrace pro Truffle
const MyNFT = artifacts.require("MyNFT");

module.exports = async function (deployer) {
  await deployer.deploy(MyNFT, "MyNFT", "MNFT", "ipfs://YOUR_IPFS_CID/");
};

// Příklad skriptu pro nasazení v Hardhat
async function main() {
  const MyNFT = await ethers.getContractFactory("MyNFT");
  const myNFT = await MyNFT.deploy("MyNFT", "MNFT", "ipfs://YOUR_IPFS_CID/");

  await myNFT.deployed();

  console.log("MyNFT deployed to:", myNFT.address);
}

main()
  .then(() => process.exit(0))
  .catch((error) => {
    console.error(error);
    process.exit(1);
  });

Nasaďte smart kontrakt: Nasaďte váš smart kontrakt na lokální blockchain (např. Ganache) nebo na testovací síť (např. Ropsten, Rinkeby).

# Truffle
truffle migrate

# Hardhat
npx hardhat run scripts/deploy.js --network localhost

Nezapomeňte nahradit `ipfs://YOUR_IPFS_CID/` vaším skutečným IPFS CID (Content Identifier). Tato základní URI odkazuje na umístění, kde budou uloženy vaše JSON soubory s metadaty NFT.

Ukládání metadat NFT na IPFS

Metadata NFT se obvykle ukládají mimo blockchain (off-chain), aby se snížily náklady na ukládání dat na blockchainu. IPFS (InterPlanetary File System) je decentralizovaná úložná síť, která se běžně používá pro ukládání metadat NFT. Každé NFT má `tokenURI`, která ukazuje na JSON soubor na IPFS obsahující metadata o NFT, jako je název, popis, URL obrázku a další atributy.

Příklad metadat NFT (JSON):

{
  "name": "Moje úžasné NFT",
  "description": "Toto je jedinečné NFT.",
  "image": "ipfs://YOUR_IPFS_CID/image.png",
  "attributes": [
    {
      "trait_type": "Pozadí",
      "value": "Modrá"
    },
    {
      "trait_type": "Postava",
      "value": "Robot"
    }
  ]
}

Nahraďte `ipfs://YOUR_IPFS_CID/image.png` skutečným IPFS CID vašeho obrázku.

Kroky pro nahrání metadat na IPFS:

Vyberte si IPFS klienta: Zvolte IPFS klienta, jako je IPFS Desktop, Pinata nebo NFT.Storage.
Nahrajte svá metadata: Nahrajte své JSON soubory s metadaty NFT a obrázky na IPFS pomocí zvoleného klienta.
Získejte IPFS CID: Po nahrání metadat obdržíte IPFS CID. Jedná se o jedinečný identifikátor vašich dat na IPFS.
Aktualizujte smart kontrakt: Aktualizujte funkci `tokenURI` ve vašem smart kontraktu tak, aby odkazovala na vaše IPFS CID.

Bezpečnostní aspekty pro smart kontrakty ERC-721

Při vývoji smart kontraktů ERC-721 je bezpečnost na prvním místě. Zde jsou některé klíčové bezpečnostní aspekty:

Reentrancy útoky: Zabraňte reentrancy útokům pomocí vzoru Checks-Effects-Interactions. To zahrnuje provedení kontrol před provedením jakýchkoli změn stavu, následné aplikování změn stavu a nakonec interakci s externími kontrakty. Kontrakt `ReentrancyGuard` od OpenZeppelin může pomoci tuto zranitelnost zmírnit.
Integer Overflow/Underflow: Používejte verze Solidity >= 0.8.0, které mají vestavěné kontroly přetečení/podtečení. Pokud používáte starší verze, použijte knihovnu `SafeMath` od OpenZeppelin.
Řízení přístupu: Implementujte správné mechanismy řízení přístupu, abyste omezili, kdo může mintovat, pálit nebo upravovat tokeny. Pro správu vlastnictví a oprávnění použijte kontrakty `Ownable` nebo `AccessControl` od OpenZeppelin.
Denial of Service (DoS): Buďte si vědomi potenciálních DoS zranitelností, jako jsou problémy s limitem plynu. Optimalizujte svůj kód, abyste snížili spotřebu plynu a vyhnuli se operacím, které by mohly potenciálně blokovat kontrakt.
Front Running: Implementujte opatření k zabránění front runningu, jako je použití schémat commit-reveal nebo párování objednávek mimo blockchain.
Validace dat: Validujte všechny uživatelské vstupy, abyste předešli neočekávanému chování nebo narušení bezpečnosti.
Pravidelné audity: Provádějte pravidelné bezpečnostní audity od renomovaných bezpečnostních firem, abyste identifikovali a odstranili potenciální zranitelnosti.

Reálné aplikace ERC-721 NFT

ERC-721 NFT se používají v široké škále aplikací, včetně:

Digitální umění: Reprezentace vlastnictví jedinečných digitálních uměleckých děl. Platformy jako SuperRare, Foundation a Nifty Gateway usnadňují nákup a prodej NFT umění.
Sběratelské předměty: Vytváření digitálních sběratelských předmětů, jako jsou sběratelské karty, virtuální mazlíčci a další položky. CryptoPunks a Bored Ape Yacht Club jsou příklady úspěšných NFT sběratelských projektů.
Hraní her: Reprezentace herních předmětů, jako jsou zbraně, postavy a pozemky. Axie Infinity a Decentraland jsou příklady blockchainových her, které používají NFT.
Nemovitosti: Tokenizace vlastnictví nemovitostí. To umožňuje podílové vlastnictví a snazší převod vlastnických práv.
Řízení dodavatelského řetězce: Sledování původu a pravosti produktů v dodavatelském řetězci. To může pomoci zabránit padělání a zajistit kvalitu produktů.
Vstupenky: Vydávání vstupenek na akce, koncerty a další aktivity. NFT mohou pomoci zabránit podvodům se vstupenkami a poskytnout bezpečnější a transparentnější systém prodeje vstupenek.
Správa identity: Reprezentace digitálních identit a pověření. To může jednotlivcům pomoci kontrolovat svá osobní data a předcházet krádežím identity.

Mezinárodní příklady:

Digitální umění: Umělci z celého světa používají NFT platformy k prodeji svých digitálních uměleckých děl, včetně děl inspirovaných japonským anime, africkým kmenovým uměním a evropskými klasickými malbami.
Hraní her: Blockchainové hry jako Axie Infinity získaly popularitu v jihovýchodní Asii, kde si hráči vydělávají hraním hry a obchodováním s NFT.
Nemovitosti: Společnosti ve Spojených státech, Evropě a Asii zkoumají využití NFT k tokenizaci nemovitostí a usnadnění podílového vlastnictví.

Pokročilé koncepty ERC-721

ERC-721A

ERC-721A je plynově efektivnější implementace standardu ERC-721, která optimalizuje mintování více NFT v jedné transakci. Snižuje náklady na plyn amortizací nákladů na úložiště napříč více tokeny. To může být výhodné pro projekty, které zahrnují mintování velkého počtu NFT.

Líné mintování (Lazy Minting)

Líné mintování je technika, při které jsou NFT mintovány až v okamžiku jejich zakoupení. To může ušetřit náklady na plyn u projektů, které mají velké množství NFT, ale neočekávají, že se všechny prodají. Metadata NFT jsou uložena mimo blockchain, dokud není NFT zakoupeno, a v tu chvíli je token vytvořen a metadata jsou přidána na blockchain.

Soulbound tokeny

Soulbound tokeny jsou NFT, které jsou trvale vázány na konkrétní adresu a nelze je převést. Tyto tokeny mohou být použity k reprezentaci nepřenosných pověření, jako jsou vzdělávací tituly, profesní certifikace nebo členství v komunitě. To je umožněno odstraněním nebo omezením funkce `transferFrom`.

Budoucnost ERC-721 a NFT

Standard ERC-721 se neustále vyvíjí a probíhající výzkum a vývoj se zaměřuje na zlepšení jeho efektivity, bezpečnosti a funkčnosti. Budoucí vývoj může zahrnovat:

Vylepšené standardy metadat: Standardizovanější a interoperabilnější formáty metadat pro zlepšení objevitelnosti a použitelnosti NFT.
Meziřetězcová interoperabilita: Řešení, která umožňují převod a používání NFT napříč různými blockchainovými sítěmi.
Zlepšená bezpečnostní opatření: Nové bezpečnostní protokoly a nástroje pro ochranu před zranitelnostmi a útoky.
Integrace s reálnými aktivy: Širší přijetí NFT pro reprezentaci vlastnictví fyzických aktiv, jako jsou nemovitosti, sběratelské předměty a duševní vlastnictví.

Závěr

Smart kontrakty ERC-721 jsou mocným nástrojem pro reprezentaci vlastnictví jedinečných digitálních a fyzických aktiv na blockchainu. Porozuměním architektuře, detailům implementace, bezpečnostním aspektům a praktickým aplikacím ERC-721 mohou vývojáři vytvářet inovativní a vlivné NFT projekty. Jak ekosystém NFT neustále roste a vyvíjí se, standard ERC-721 bude hrát klíčovou roli při formování budoucnosti digitálního vlastnictví.

Tento průvodce poskytuje pevný základ pro pochopení a implementaci smart kontraktů ERC-721. Při vývoji a nasazování vlastních NFT projektů vždy upřednostňujte bezpečnost a dodržujte osvědčené postupy. Hodně štěstí!