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Solidity闪电贷实现方式与Move以及Rust闪电贷实现方式有何不同?

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作者:Beosin安全研究专家Sivan

闪电贷是一种无抵押借款的服务,由于其拥有无需抵押便能借出资金的特性,使得资金利用率大大提高。在常见的以太坊闪电贷中,是通过以太坊交易机制来保证可以进行无抵押借出资金,以太坊中一个交易可以包含很多步骤,如:借款、兑换、使用、还款等,所有的步骤相辅相成,若其中某一个或多个步骤出现错误,都将导致本次的整个交易被回滚。

随着区块链生态发展,出现了大量公链以及合约编程语言,例如:除了Solidity之外最常见的Move和Rust,这些合约编程语言有本质上的区别,框架与编程理念也有所不同, 本篇文章我们来对比一下Solidity闪电贷实现方式与Move以及Rust闪电贷实现方式有何不同,同时可以初步了解一下各种语言的编程理念。

Solidity相关闪电贷:

Solidity的闪电贷是基于Solidity支持动态调用这一特性来设计的,何为动态调用,也就是solidity支持在调用一个函数的过程中,动态传入需要调用的地址,如下例代码。每次调用都可以传入不同的地址,根据这个特点,便出现了solidity闪电贷的实现逻辑。

function callfun(address addr) public {    addr.call();}

如下代码,将闪电贷抽象成了3个核心功能,

1、首先直接将资金发送给调用者;

2、再调用调用者合约,从而让调用者使用这些资金;

3、调用者使用结束,检查是否归还资金以及手续费,如果检查失败则回滚交易。(此处也可以直接使用transferfrom函数将调用则资金转移回来)

function flashloan(uint amount, address to)  {    transfer( to, amount); // 发送资金给调用者    to.call();//调用调用者的合约函数    check();//检查是否归还资金}

如下图,为Solidity语言中闪电贷的实现流程:

下列代码为真实项目Uniswap闪电贷逻辑。代码示例:

function swap(uint amount0Out, uint amount1Out, address to, bytes calldata data) external lock {    require(amount0Out > 0 || amount1Out > 0, 'UniswapV2: INSUFFICIENT_OUTPUT_AMOUNT');    (uint112 _reserve0, uint112 _reserve1,) = getReserves();     require(amount0Out < _reserve0 && amount1Out < _reserve1, 'UniswapV2: INSUFFICIENT_LIQUIDITY');    uint balance0;    uint balance1;    {     address _token0 = token0;    address _token1 = token1;    require(to != _token0 && to != _token1, 'UniswapV2: INVALID_TO');         /**将资金转给用户**/    if (amount0Out > 0) _safeTransfer(_token0, to, amount0Out);    if (amount1Out > 0) _safeTransfer(_token1, to, amount1Out);
   /**调用用户指定的目标函数**/    if (data.length > 0) IUniswapV2Callee(to).uniswapV2Call(msg.sender, amount0Out, amount1Out, data);            balance0 = IERC20(_token0).balanceOf(address(this));    balance1 = IERC20(_token1).balanceOf(address(this));    }    uint amount0In = balance0 > _reserve0 - amount0Out ? balance0 - (_reserve0 - amount0Out) : 0;    uint amount1In = balance1 > _reserve1 - amount1Out ? balance1 - (_reserve1 - amount1Out) : 0;    require(amount0In > 0 || amount1In > 0, 'UniswapV2: INSUFFICIENT_INPUT_AMOUNT');    {    uint balance0Adjusted = balance0.mul(1000).sub(amount0In.mul(3));    uint balance1Adjusted = balance1.mul(1000).sub(amount1In.mul(3));            /**检查用户是否归还资金以及手续费**/    require(balance0Adjusted.mul(balance1Adjusted)>=uint(_reserve0).mul(_reserve1).mul(1000**2), 'UniswapV2: K');
   }    _update(balance0, balance1, _reserve0, _reserve1);    emit Swap(msg.sender, amount0In, amount1In, amount0Out, amount1Out, to);}

Move相关闪电贷:

Move闪电贷和solidity设计思想不同,move中没有动态调用这一个特性,在所有函数调用过程之前,都必须确定调用流程,明确调用合约地址是什么,所以无法像solidity里面那样动态传入地址再进行调用。

那么move能实现闪电贷功能吗?当然可以,move的特性使得人们设计出与solidity实现方式不同的闪电贷。

在Move中,将数据和执行代码分离,造就了Move VM独特的资源-模块模型。在这种模型中,不允许资源在交易结束时未被销毁或者保存在全局存储中,因此Move 中的资源存在一种特殊的结构体——烫手山芋(Hot Potato),它是一个没有任何能力修饰符的结构体,因此它只能在其模块中被打包和解包。

*Move 能力详情:

https://move-book.com/advanced-topics/types-with-abilities.html

因此在move语言中的闪电贷实现,巧妙地利用了这种模式,将闪贷和还款操作抽象为两个函数进行处理,中间产生借贷资源记录借贷情况,该资源并没任何能力,只能够在还款函数中通过解包的方式将借贷资源给消耗掉,因此借贷操作必须和还款操作绑定在同一个操作中,否则闪电贷交易就会失败。

如下图,为move语言中闪电贷的实现流程。

如下代码,loan与repay两个函数相结合便可以实现闪电贷。需要使用闪电贷服务的用户,先调用loan函数申请借款。函数会首先判断是否有足够的资金提供借款,随后将资金发送给调用者,计算好费用后,创建一个没有任何能力的资源”receipt ”并返回给调用者。调用者在自己的合约中使用借贷的资金,最后需要将”receipt”返还到repay函数,并且附带归还的资金。在repay函数中,首先将”receipt”资源解构,以确保交易成功执行,随后判断用户归还资金是否与之前计算好的资金数量相同,最后完成整个交易。

代码示例:

struct Receipt<phantom T> {    flash_lender_id: ID,    repay_amount: u64}public fun loan<T>(self: &mut FlashLender<T>, amount: u64, ctx: &mut TxContext): (Coin<T>, Receipt<T>) {    let to_lend = &mut self.to_lend;    assert!(balance::value(to_lend) >= amount, ELoanTooLarge);    let loan = coin::take(to_lend, amount, ctx);    let repay_amount = amount + self.fee;    let receipt = Receipt { flash_lender_id: object::id(self), repay_amount };    (loan, receipt)}public fun repay<T>(self: &mut FlashLender<T>, payment: Coin<T>, receipt: Receipt<T>) {    let Receipt { flash_lender_id, repay_amount } = receipt;    assert!(object::id(self) == flash_lender_id, ERepayToWrongLender);    assert!(coin::value(&payment) == repay_amount, EInvalidRepaymentAmount);    coin::put(&mut self.to_lend, payment)}

Rust相关闪电贷:

Rust由于其提供内存安全、并发安全和零成本抽象等特性。也被用在了区块链智能合约语言开发中,接下来我们以Solana智能合约(Program)为例讲解使用Rust开发实现的闪电贷。

Solana VM 亦将数据和执行代码进行了分离,使得一份执行代码可以处理多份数据副本,但与Move不同的是,数组账户是通过程序派生的方式完成的,并且没有类似于Move特性的限制。因此Solana Rust不能够使用Move的方式实现闪电贷,并且Solana Rust动态调用指令(等同于理解为合约的函数)递归深度限制为4,使用Solidity动态调用的方式同样不可取。但在Solana中每个指令(instruction)调用在交易中是原子类型的,因此在一笔交易中可以在一个指令中检查是否存在另一个指令。而Solana中的闪电贷依赖此了特性,Solana闪电贷在闪贷的指令中将检查闪电贷交易中是否存在还款的指令,并检查还款的数量是否正确。

如下图,为Rust语言中闪电贷的实现流程:

代码示例:

pub fn borrow(ctx: Context<Borrow>, amount: u64) -> ProgramResult {    msg!("adobe borrow");    if ctx.accounts.pool.borrowing {        return Err(AdobeError::Borrowing.into());    }    let ixns = ctx.accounts.instructions.to_account_info();    // make sure this isnt a cpi call    let current_index = solana::sysvar::instructions::load_current_index_checked(&ixns)? as usize;    let current_ixn = solana::sysvar::instructions::load_instruction_at_checked(current_index, &ixns)?;    if current_ixn.program_id != *ctx.program_id {        return Err(AdobeError::CpiBorrow.into());    }
   let mut i = current_index + 1;    loop {        // 遍历交易序列中的指令,        if let Ok(ixn) = solana::sysvar::instructions::load_instruction_at_checked(i, &ixns) {            // 查找是否同时调用了该程序的中还款指令(repay)            if ixn.program_id == *ctx.program_id            // 检查invoke data 中 函数签名            && u64::from_be_bytes(ixn.data[..8].try_into().unwrap()) == REPAY_OPCODE            && ixn.accounts[2].pubkey == ctx.accounts.pool.key() {            // 检查 函数 invoke data 中amount数量是否正确            if u64::from_le_bytes(ixn.data[8..16].try_into().unwrap()) == amount {                    break;                } else {                    return Err(AdobeError::IncorrectRepay.into());                }            } else {            i += 1;            }        }else {            return Err(AdobeError::NoRepay.into());        }    }    let state_seed: &[&[&[u8]]] = &[&[        &State::discriminator()[..],        &[ctx.accounts.state.bump],    ]];    let transfer_ctx = CpiContext::new_with_signer(        ctx.accounts.token_program.to_account_info(),        Transfer {            from: ctx.accounts.pool_token.to_account_info(),            to: ctx.accounts.user_token.to_account_info(),            authority: ctx.accounts.state.to_account_info(),        },        state_seed,    );    // cpi 转账    token::transfer(transfer_ctx, amount)?;    ctx.accounts.pool.borrowing = true;    Ok(())}
// REPAY// receives tokenspub fn repay(ctx: Context<Repay>, amount: u64) -> ProgramResult {    msg!("adobe repay");    let ixns = ctx.accounts.instructions.to_account_info();    // make sure this isnt a cpi call    let current_index = solana::sysvar::instructions::load_current_index_checked(&ixns)? as usize;    let current_ixn = solana::sysvar::instructions::load_instruction_at_checked(current_index, &ixns)?;    if current_ixn.program_id != *ctx.program_id {        return Err(AdobeError::CpiRepay.into());    }    let state_seed: &[&[&[u8]]] = &[&[        &State::discriminator()[..],        &[ctx.accounts.state.bump],    ]];
   let transfer_ctx = CpiContext::new_with_signer(        ctx.accounts.token_program.to_account_info(),        Transfer {            from: ctx.accounts.user_token.to_account_info(),            to: ctx.accounts.pool_token.to_account_info(),            authority: ctx.accounts.user.to_account_info(),        },        state_seed,    );
   // 还款    token::transfer(transfer_ctx, amount)?;
   // 更新账本状态    ctx.accounts.pool.borrowing = false;
   Ok(())}

对比三种语言的闪电贷流程,均为借款->使用->还款三步,只是由于语言的特性,在实现方式上有所不同。

Solidity支持动态调用,所以可以在单个函数中完成整个交易;

Move不支持动态调用,由于资源的特性,需要使用两个函数进行借款和还款逻辑;

Rust(Solana)能支持动态调用,但是仅支持4层CPI调用,使用CPI实现闪电贷将产生局限性,但是Solana每个指令都是原子类型,并且支持指令自省,因此使用指令自省的方式实现闪电贷是较好的方式。

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