深入解析以太坊账户抽象赛道的历史与未来

前言

本文分为两大板块:

上半部分从2015年的第一个AA提案出发,系统梳理了目前为止的EIP提案主要内容,希望通过历史视角探究AA历史提案的发展历程,并全面评价各方案的优缺点。

下半部分重点对比EIP4337推出后面临的市场冷淡反应,深入分析即将纳入以太坊下一版本升级的EIP7702。该提案一旦合并,将全面改变链上应用形态。

EIP-7702具有划时代意义,让我们一起详细探讨。

1. 账户抽象的背景

1.1 账户抽象的意义定位

以太坊创始人Vitalik在2023年底再次更新ETH发展路线图,其中关于账户抽象的设定保持不变。当前主流模式正从EIP-4337迈入下一阶段"自愿转换EOA账户"。

在EIP4337推出一年多后(2023年3月1日于丹佛WalletCon上,官方宣布以太坊基金会开发人员设计实现的ERC-4337核心合约已通过OpenZeppelin审计,被认为是正式推出的历史节点),市场呈现出用户广泛认可但不广泛使用的矛盾状态。这种环境下,EIP-7702的进度被大幅提前,已确定将在下次升级中合并。

1.2 账户抽象的市场现状

经过一年半发展,EIP4337在主流链上的账户总数仅1200万,其中以太坊主网上活跃地址仅6,764个,与EOA和CA地址数相差悬殊。以太坊主网独立地址数已达2.7亿。可以说EIP4337在主网上几乎没有实质性发展。

不过,这并不影响AA的本质价值。EIP4337设计之初就注定难以解决主网严重的向前兼容性问题。随着各类L2链普遍嵌入原生AA,EIP4337地址数在L2上出现爆发,其中Base和Polygon链7月月活用户分别达到100万和300万,表现尚可。

因此,并非EIP4337设计有误,它有很多优点,我们稍后会系统总结。目前的现状源于主网与L2之间的差异,它们需要各自适合的方案。

2. 账户抽象是什么?

账户抽象本质上解决的是产权分离问题。

EVM架构中有两种账户:外部账户(EOA)和合约账户(Contract Account)。外部账户的所有权和签名权实际上由同一实体持有。持有私钥的人不仅拥有账户的"所有权",还有权"签名转移所有资产"。

这是由以太坊账户交易结构决定的。从交易结构可以看出,以太坊的标准交易没有From字段。实际是通过VRS参数(用户签名)反向解析出From地址。

这涉及ECDSA等非对称加密、单向门限函数等概念,此处不做展开。总之这里由密码学保障安全性,也造成了当前EOA地址产权合并的困境。

EIP4337的核心效果是在交易字段中增加Sender Address,从而实现私钥与被操作地址的分离。

产权分离如此重要的原因在于,外部账户(EOA)设计会衍生出更多问题:

1. 私钥难保护:用户丢失私钥(遗失、黑客攻击、密码学破解)意味着失去所有资产。

2. 签名算法单一:原生协议交易验证只能使用ECDSA签名和验签算法。

3. 签名权限过高:无原生多签(多签只能通过智能合约实现),单签即可执行任意操作。

4. 交易手续费只能用ETH支付,不支持批量交易。

5. 交易隐私泄露:一对一交易易于分析账户持有者隐私信息。

这些限制导致普通用户难以使用以太坊:

首先,使用以太坊上的任何应用,用户都必须持有以太(并承担价格波动风险)。

其次,用户需要处理复杂的费用逻辑,Gas price、Gas limit、交易阻塞(Nonce顺序)等概念对用户而言过于复杂。

最后,虽然许多区块链钱包或应用试图通过产品优化提升用户体验,但效果有限。

因此,突破口在于实现账户抽象,将所有权(Owner)和签名权(Signer)解耦,从而逐步解决上述问题。

历史上提出了多种方案,最终汇聚为两种路线。

3. AA历史提案脉络梳理

3.1 第一种路线:将EOA地址转变为CA地址

2015年11月15日,Vitalik在EIP-101中提出以合约作为账户的新结构。将地址改为只有代码和存储空间,改变手续费支持由ERC20支付,通过预编译合约将原生代币改为类ERC20存储余额(具备代扣授权等功能),将交易字段精简为to、startgas、data和code。

这一提案可视为大跃进式变革,会大幅改动底层设计,让每个账户地址都拥有自己的"代码"逻辑(也正是当前EIP-7702要实现的效果)。

它还能衍生出其他功能,如:

1. 交易使用更多加密算法,可由各地址内部Code指定验签鉴权方法

2. 具备抗量子攻击特性,因为代码可升级

3. 让以太币具备与ERC20合约一致的功能特性,核心效果是实现代扣授权,无需消耗原生币

4. 提升账户的自定义空间,兼容社交恢复、SBT支持、密钥找回等

未能继续推进的原因很简单,显然步伐太大,对当前交易哈希冲突问题、安全性隐患考虑不周,因此一直搁置。但每个优点理念都成为后续EIP4337和EIP7702的核心功能之一。

之后还有一系列EIP试图完善这种逻辑:

EIP-859:主链账户抽象(2018-01-30)

试图解决Code部署问题,核心作用是,如果交易方合约未部署,则使用交易附带code参数执行合约钱包部署。其次还提出新的PAYGAS操作码,除支付gas外,也作为交易参数中验证部分与执行部分的分隔符。

虽然当时未能落地,但这也成为现在EIP7702的核心逻辑之一。EIP7702的每笔交易结合特殊交易结构,可附带一定代码,从而在本次交易中让EOA地址拥有合约能力。

EIP-7702:设置EOA账户代码(2024-05-07)

这也是本文后续讨论机制的核心EIP,由Vitalik提出作为EIP-3074的替代方案。因此EIP-3074被弃用,EIP-7702确定将在即将到来的ETH Prague/Electra(Pectra)硬分叉中纳入,具体内容我们稍后展开。

3.2 第二种路线:让EOA地址驱动CA地址

EIP-3074:增加AUTH和AUTHCALL操作码(2020-10-15)

在EVM中加入两个新的OpCodes AUTH和AUTHCALL,让EOA能通过这两个opcode授权合约代替EOA身份调用其他合约。

概括来说,EOA能将已签名的消息(交易)发送至自己信任的合约(称为Invoker)上,此Invoker合约可利用AUTH和AUTHCALL操作码代替该EOA发送交易。

EIP-4337:用交易内存池实现账户抽象(2021-09-29)

受MEV启发设计,其核心价值是可以完全避免共识层协议更改。

EIP4337提出新的交易对象UserOperation,用户将此对象发送到内存池中,由bundlers从矿工维度批量打包交付合约执行交易事务,本质上是将底层交易与账户运作拉到合约层面执行。

EIP-5189:通过背书人操作抽象账户(2022-06-29)

这是对EIP4337逻辑的优化,面对恶意Bundler通过建立资金罚款背书endorser机制来防止DoS阻塞攻击。

3.3 其他支持AA的提案

EIP-2718:新交易类型的包装信封(2020-06-13)

这是一个已经Final的提案,定义新的交易类型,作为未来新增交易类型的信封。

最终效果是,引入新交易类型时,通过特定编码区分交易种类,只需向后兼容,无需向前兼容。最常见例子是EIP1559,区分了交易手续费,使用新的交易类型编码,又不影响最初的legacy交易类型。

EIP-3607:禁止EOA地址部署合约(2021-06-10)

这是AA路径上的补充方案,用于防止合约部署地址与EOA地址冲突。它会控制合约生成方法,禁止系统将代码部署到已经是EOA地址的地址上。这个风险其实很小,毕竟以太坊地址有160位长,虽然存在用私钥碰撞出指定合约地址私钥的方法,但以比特币全网算力估计,也需要一年时间。

3.4 如何理解账户抽象发展历程?

首先需要理解转为CA后的价值

基本上也就是EIP-4337的实际效果,它可以实现:

但是,EIP-4337的核心缺点是违背人性动机原则。

它看似更好,但陷入了市场发展的死循环,很多Dapp尚未兼容,用户不愿使用CA地址,甚至使用CA会有更高的交易成本(普通转账场景,交易费用翻倍),也过于依赖Dapp本身的兼容性。

因此在以太坊主网上至今仍未得到普及。

成本是用户最重要的衡量标准,必须降低成本。

但要真正降低GAS,就必须以太坊本身进行软分叉升级,修改GAS计算或操作码的GAS消耗等模块。既然要软分叉,何不直接考虑EIP-7702呢?

4. 全面解析EIP-7702

4.1 EIP-7702是什么

它通过新的交易类型区分,允许EOA在单笔交易中临时具备智能合约功能,进而支持业务上进行批量交易、无Gas交易和自定义权限管理等,且无需引入新的EVM opCode(影响向前兼容性)。

它可以让用户在不部署智能合约的情况下,获得大部分AA能力,甚至可以提供第三方代用户发起交易的能力,且不需要用户提供私钥,只需签名授权信息。

4.2 数据结构

它定义了新的交易类型0x04,该交易类型的TransactionPayload是以下内容的RLP编码序列化结果:

rlp([chain_id, nonce, max_priority_fee_per_gas, max_fee_per_gas, gas_limit, destination, value, data, access_list, authorization_list, signature_y_parity, signature_r, signature_s])

重要的是其中新增了authorization_list对象,存储签名者希望在其EOA中执行的代码。用户签署交易的同时也签署要执行的合约代码,它作为二维列表存在,说明可以批量存放多个操作信息,执行批量操作。

authorization_list = [[chain_id, address, nonce, y_parity, r, s], ...]

4.3 交易生命周期

4.3.1 验证阶段

在执行交易的开始阶段,对于每个authorization_list的[chain_id, address, nonce, y_parity, r, s]元组:

1. 从签名r、s中采用ecrecover恢复出签名者地址(注意这是以太坊本身的机制,所以该EIP没有改变签名算法)。 authority = ecrecover(keccak(MAGIC || rlp([chain_id, address, nonce])), y_parity, r, s](与之前解签名得出from地址类似,这里得出的是针对这个list的局部签名地址)

2. 验证链ID(防分叉链重放)。

3. 验证authority签名者的代码是否为空或已经委托(验