NFT Išmanieji Kontraktai: Išsami ERC-721 Įgyvendinimo Analizė

Nepakeičiamieji žetonai (NFT) sukėlė revoliuciją skaitmeninio turto srityje, suteikdami galimybę atvaizduoti unikalius daiktus blokų grandinėje. Daugumos NFT pagrindas yra ERC-721 standartas – taisyklių rinkinys, reglamentuojantis, kaip šie žetonai yra kuriami, valdomi ir perleidžiami. Šis išsamus vadovas pateikia giluminę ERC-721 išmaniųjų kontraktų analizę, apimančią jų architektūrą, įgyvendinimo detales, saugumo aspektus ir praktinį pritaikymą.

Kas yra ERC-721?

ERC-721 yra standartas, skirtas nepakeičiamiesiems žetonams Ethereum blokų grandinėje atvaizduoti. Skirtingai nuo ERC-20 žetonų, kurie yra pakeičiami (tai reiškia, kad kiekvienas žetonas yra identiškas visiems kitiems), ERC-721 žetonai yra unikalūs. Kiekvienas žetonas turi atskirą ID, todėl jis tinkamas atstovauti unikalaus skaitmeninio ar fizinio turto nuosavybei.

Pagrindinės ERC-721 žetonų savybės:

Nepakeičiamumas: Kiekvienas žetonas yra unikalus ir atskiriamas nuo kitų.
Unikalus identifikavimas: Kiekvienas žetonas turi unikalų ID.
Nuosavybės sekimas: Standartas seka kiekvieno žetono nuosavybę.
Perleidžiamumas: Žetonai gali būti perleisti iš vienos paskyros į kitą.
Metaduomenys: Žetonai gali būti susieti su metaduomenimis, suteikiančiais papildomos informacijos apie turtą, kurį jie atstovauja.

ERC-721 Išmaniojo Kontrakto Architektūra

ERC-721 išmanusis kontraktas yra Solidity programa, kuri įgyvendina ERC-721 standartą. Paprastai jį sudaro šie komponentai:

Pagrindinės funkcijos:

balanceOf(address _owner): Grąžina žetonų, priklausančių nurodytam adresui, skaičių.
ownerOf(uint256 _tokenId): Grąžina konkretaus žetono savininko adresą.
transferFrom(address _from, address _to, uint256 _tokenId): Perleidžia žetono nuosavybę iš vieno adreso kitam. Reikalingas patvirtinimas, jei iniciatorius nėra savininkas.
approve(address _approved, uint256 _tokenId): Patvirtina kitam adresui teisę perleisti konkretaus žetono nuosavybę.
getApproved(uint256 _tokenId): Grąžina adresą, kuriam patvirtinta perleisti konkretaus žetono nuosavybę.
setApprovalForAll(address _operator, bool _approved): Įjungia arba išjungia operatoriui galimybę valdyti visus kvietėjo turimus žetonus.
isApprovedForAll(address _owner, address _operator): Patikrina, ar operatoriui patvirtinta valdyti visus žetonus, priklausančius nurodytam adresui.

Metaduomenų plėtinys (neprivalomas):

name(): Grąžina žetonų kolekcijos pavadinimą.
symbol(): Grąžina žetonų kolekcijos simbolį.
tokenURI(uint256 _tokenId): Grąžina URI, nurodantį į JSON failą su metaduomenimis apie konkretų žetoną. Šis URI paprastai nurodo į InterPlanetary File System (IPFS) adresą.

Išvardijimo plėtinys (neprivalomas):

totalSupply(): Grąžina bendrą egzistuojančių žetonų skaičių.
tokenByIndex(uint256 _index): Grąžina žetono ID pagal nurodytą indeksą iš visų kontrakte saugomų žetonų.
tokenOfOwnerByIndex(address _owner, uint256 _index): Grąžina žetono ID pagal nurodytą indeksą iš visų žetonų, priklausančių konkrečiam adresui.

ERC-721 Išmaniojo Kontrakto Įgyvendinimas su OpenZeppelin

OpenZeppelin teikia saugią ir audituotą išmaniųjų kontraktų biblioteką, kuri supaprastina ERC-721 žetonų kūrimą. Naudojant OpenZeppelin ERC721 įgyvendinimą, sumažėja rizika įtraukti pažeidžiamumų į savo kodą. Štai pavyzdys, kaip įgyvendinti ERC-721 išmanųjį kontraktą naudojant OpenZeppelin:

Būtinosios sąlygos:

Node.js ir npm: Įsitikinkite, kad turite įdiegtus Node.js ir npm.
Truffle arba Hardhat: Pasirinkite kūrimo aplinką (pvz., Truffle ar Hardhat) savo išmaniojo kontrakto kompiliavimui ir diegimui.
Ganache: Įdiekite Ganache, asmeninę blokų grandinę, skirtą Ethereum kūrimui.

Žingsniai:

Inicijuokite Truffle arba Hardhat projektą:

# Truffle
mkdir mano-nft-projektas
cd mano-nft-projektas
truffle init

# Hardhat
mkdir mano-nft-projektas
cd mano-nft-projektas
npx hardhat

Įdiekite OpenZeppelin Contracts:

npm install @openzeppelin/contracts

Sukurkite ERC-721 išmanųjį kontraktą: Sukurkite naują Solidity failą (pvz., `MyNFT.sol`) savo `contracts` kataloge.

// 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;
    }



    // Toliau pateikiamos funkcijos yra Solidity reikalaujami perrašymai.

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

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

Kompiliuokite išmanųjį kontraktą: Naudokite Truffle ar Hardhat, kad sukompiliuotumėte savo išmanųjį kontraktą.

# Truffle
truffle compile

# Hardhat
npx hardhat compile

Sukurkite diegimo scenarijų: Sukurkite naują JavaScript failą (pvz., `deploy.js`) savo `migrations` arba `scripts` kataloge.

// Truffle Migracijos Pavyzdys
const MyNFT = artifacts.require("MyNFT");

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

// Hardhat Diegimo Scenarijaus Pavyzdys
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);
  });

Diekite išmanųjį kontraktą: Diekite savo išmanųjį kontraktą į vietinę blokų grandinę (pvz., Ganache) arba testavimo tinklą (pvz., Ropsten, Rinkeby).

# Truffle
truffle migrate

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

Nepamirškite pakeisti `ipfs://YOUR_IPFS_CID/` į savo tikrąjį IPFS CID (Content Identifier). Šis bazinis URI nurodo vietą, kur bus saugomi jūsų NFT metaduomenų JSON failai.

NFT Metaduomenų Saugojimas IPFS

NFT metaduomenys paprastai saugomi ne grandinėje (off-chain), siekiant sumažinti duomenų saugojimo blokų grandinėje išlaidas. IPFS (InterPlanetary File System) yra decentralizuotas saugojimo tinklas, kuris dažnai naudojamas NFT metaduomenims saugoti. Kiekvienas NFT turi `tokenURI`, kuris nurodo į JSON failą IPFS tinkle, kuriame yra metaduomenys apie NFT, pvz., pavadinimas, aprašymas, paveikslėlio URL ir kiti atributai.

NFT metaduomenų pavyzdys (JSON):

{
  "name": "Mano Nuostabus NFT",
  "description": "Tai yra unikalus NFT.",
  "image": "ipfs://YOUR_IPFS_CID/image.png",
  "attributes": [
    {
      "trait_type": "Fonas",
      "value": "Mėlynas"
    },
    {
      "trait_type": "Personažas",
      "value": "Robotas"
    }
  ]
}

Pakeiskite `ipfs://YOUR_IPFS_CID/image.png` į tikrąjį savo paveikslėlio IPFS CID.

Žingsniai, kaip įkelti metaduomenis į IPFS:

Pasirinkite IPFS klientą: Pasirinkite IPFS klientą, pvz., IPFS Desktop, Pinata ar NFT.Storage.
Įkelkite savo metaduomenis: Įkelkite savo NFT metaduomenų JSON failus ir paveikslėlius į IPFS naudodami pasirinktą klientą.
Gaukite IPFS CID: Įkėlę metaduomenis, gausite IPFS CID. Tai yra unikalus jūsų duomenų identifikatorius IPFS tinkle.
Atnaujinkite išmanųjį kontraktą: Atnaujinkite `tokenURI` funkciją savo išmaniajame kontrakte, kad ji nurodytų į jūsų IPFS CID.

Saugumo Aspektai Kuriant ERC-721 Išmaniuosius Kontraktus

Saugumas yra svarbiausias dalykas kuriant ERC-721 išmaniuosius kontraktus. Štai keletas svarbių saugumo aspektų:

Pakartotinio įėjimo (Reentrancy) atakos: Užkirskite kelią pakartotinio įėjimo atakoms naudodami „Checks-Effects-Interactions“ modelį. Tai apima patikrinimų atlikimą prieš bet kokius būsenos pakeitimus, tada būsenos pakeitimų taikymą ir galiausiai sąveiką su išoriniais kontraktais. OpenZeppelin `ReentrancyGuard` kontraktas gali padėti sušvelninti šį pažeidžiamumą.
Sveikųjų skaičių perpildymas/nepakankamumas (Integer Overflow/Underflow): Naudokite Solidity versijas >= 0.8.0, kurios turi įmontuotus perpildymo/nepakankamumo patikrinimus. Jei naudojate senesnes versijas, naudokite OpenZeppelin `SafeMath` biblioteką.
Prieigos kontrolė: Įgyvendinkite tinkamus prieigos kontrolės mechanizmus, kad apribotumėte, kas gali kurti, naikinti ar modifikuoti žetonus. Naudokite OpenZeppelin `Ownable` arba `AccessControl` kontraktus nuosavybei ir leidimams valdyti.
Paslaugos trikdymas (Denial of Service - DoS): Būkite atsargūs dėl galimų DoS pažeidžiamumų, pvz., dujų limito problemų. Optimizuokite savo kodą, kad sumažintumėte dujų suvartojimą ir išvengtumėte operacijų, kurios galėtų potencialiai blokuoti kontraktą.
Aplenkimas (Front Running): Įgyvendinkite priemones, skirtas užkirsti kelią aplenkimui, pvz., naudodami „commit-reveal“ schemas arba užsakymų derinimo ne grandinėje sistemas.
Duomenų patvirtinimas: Patvirtinkite visus vartotojo įvesties duomenis, kad išvengtumėte netikėto elgesio ar saugumo pažeidimų.
Reguliarūs auditai: Atlikite reguliarius saugumo auditus, kuriuos atlieka patikimos saugumo firmos, kad nustatytumėte ir pašalintumėte galimus pažeidžiamumus.

ERC-721 NFT Pritaikymas Realiame Pasaulyje

ERC-721 NFT naudojami įvairiose srityse, įskaitant:

Skaitmeninis menas: Unikalių skaitmeninių meno kūrinių nuosavybės atvaizdavimas. Platformos, tokios kaip SuperRare, Foundation ir Nifty Gateway, palengvina NFT meno pirkimą ir pardavimą.
Kolekcionuojami daiktai: Skaitmeninių kolekcionuojamų daiktų, pvz., keitimosi kortelių, virtualių augintinių ir kitų daiktų, kūrimas. CryptoPunks ir Bored Ape Yacht Club yra sėkmingų NFT kolekcionuojamų daiktų projektų pavyzdžiai.
Žaidimai: Žaidimų daiktų, pvz., ginklų, personažų ir žemės, atvaizdavimas. Axie Infinity ir Decentraland yra blokų grandinės žaidimų, naudojančių NFT, pavyzdžiai.
Nekilnojamasis turtas: Nekilnojamojo turto nuosavybės tokenizavimas. Tai leidžia turėti dalinę nuosavybę ir lengviau perleisti nuosavybės teises.
Tiekimo grandinės valdymas: Produktų kilmės ir autentiškumo sekimas tiekimo grandinėje. Tai gali padėti išvengti klastojimo ir užtikrinti produktų kokybę.
Bilietai: Bilietų į renginius, koncertus ir kitą veiklą išdavimas. NFT gali padėti išvengti bilietų klastojimo ir sukurti saugesnę bei skaidresnę bilietų sistemą.
Identiteto valdymas: Skaitmeninių tapatybių ir kredencialų atvaizdavimas. Tai gali padėti asmenims kontroliuoti savo asmeninius duomenis ir išvengti tapatybės vagysčių.

Tarptautiniai pavyzdžiai:

Skaitmeninis menas: Menininkai iš viso pasaulio naudoja NFT platformas parduoti savo skaitmeninius meno kūrinius, įskaitant darbus, įkvėptus japonų anime, Afrikos genčių meno ir Europos klasikinės tapybos.
Žaidimai: Blokų grandinės žaidimai, tokie kaip Axie Infinity, išpopuliarėjo Pietryčių Azijoje, kur žaidėjai gauna pajamų žaisdami žaidimą ir prekiaudami NFT.
Nekilnojamasis turtas: Įmonės Jungtinėse Amerikos Valstijose, Europoje ir Azijoje tiria NFT naudojimą nekilnojamojo turto tokenizavimui ir dalinės nuosavybės palengvinimui.

Pažangios ERC-721 Koncepcijos

ERC-721A

ERC-721A yra dujų atžvilgiu efektyvesnis ERC-721 standarto įgyvendinimas, kuris optimizuoja kelių NFT sukūrimą vienoje transakcijoje. Jis sumažina dujų išlaidas, amortizuodamas saugojimo išlaidas keliems žetonams. Tai gali būti naudinga projektams, kuriuose reikia sukurti didelį NFT skaičių.

Tingusis kūrimas (Lazy Minting)

Tingusis kūrimas yra technika, kai NFT sukuriami tik tada, kai jie yra nupirkti. Tai gali sutaupyti dujų išlaidų projektams, kurie turi daug NFT, bet nesitiki, kad visi jie bus parduoti. NFT metaduomenys saugomi ne grandinėje, kol NFT nėra nupirktas, tada žetonas yra sukuriamas ir metaduomenys pridedami į blokų grandinę.

Su siela susieti žetonai (Soulbound Tokens)

Su siela susieti žetonai yra NFT, kurie yra nuolat susieti su konkrečiu adresu ir negali būti perleisti. Šie žetonai gali būti naudojami atstovauti neperleidžiamiems kredencialams, pvz., išsilavinimo diplomams, profesiniams sertifikatams ar narystei bendruomenėje. Tai pasiekiama pašalinant arba apribojant `transferFrom` funkciją.

ERC-721 ir NFT Ateitis

ERC-721 standartas ir toliau tobulėja, o nuolatiniai tyrimai ir plėtra yra skirti jo efektyvumo, saugumo ir funkcionalumo gerinimui. Ateities pokyčiai gali apimti:

Patobulinti metaduomenų standartai: Standartizuotesni ir sąveikesni metaduomenų formatai, siekiant pagerinti NFT atradimą ir naudojimą.
Tarpgrandininis sąveikumas (Cross-Chain Interoperability): Sprendimai, leidžiantys NFT perleisti ir naudoti skirtinguose blokų grandinės tinkluose.
Patobulintos saugumo priemonės: Nauji saugumo protokolai ir įrankiai, skirti apsisaugoti nuo pažeidžiamumų ir atakų.
Integracija su realaus pasaulio turtu: Platesnis NFT pritaikymas atstovaujant fizinio turto, pvz., nekilnojamojo turto, kolekcionuojamų daiktų ir intelektinės nuosavybės, nuosavybei.

Išvada

ERC-721 išmanieji kontraktai yra galingas įrankis, skirtas atstovauti unikalaus skaitmeninio ir fizinio turto nuosavybei blokų grandinėje. Suprasdami ERC-721 architektūrą, įgyvendinimo detales, saugumo aspektus ir praktinį pritaikymą, kūrėjai gali kurti novatoriškus ir paveikius NFT projektus. NFT ekosistemai toliau augant ir tobulėjant, ERC-721 standartas vaidins lemiamą vaidmenį formuojant skaitmeninės nuosavybės ateitį.

Šis vadovas suteikia tvirtą pagrindą suprasti ir įgyvendinti ERC-721 išmaniuosius kontraktus. Kuriant ir diegiant savo NFT projektus, visada teikite pirmenybę saugumui ir laikykitės geriausių praktikų. Sėkmės!