[论文解读] ERC-20R and ERC-721R: Reversible Transactions on Ethereum

Kaili Wang, Qinchen Wang+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2022

Blockchain Technology Applications and Security被引用 4

一句话总结

本文提出了ERC-20R和ERC-721R，即以太坊ERC-20和ERC-721代币标准的可逆扩展，允许通过去中心化治理机制在短时间内争议窗口内撤销交易。该系统通过涉及法官的多步骤流程，使受害者能够冻结并逆转被盗或误发的资产，且通过反向时间顺序的义务算法，形式化保证了不会发生过度义务分配和重复冻结。

ABSTRACT

Blockchains are meant to be persistent: posted transactions are immutable and cannot be changed. When a theft takes place, there are limited options for reversing the disputed transaction, and this has led to significant losses in the blockchain ecosystem. In this paper we propose reversible versions of ERC-20 and ERC-721, the most widely used token standards. With these new standards, a transaction is eligible for reversal for a short period of time after it has been posted on chain. After the dispute period has elapsed, the transaction can no longer be reversed. Within the short dispute period, a sender can request to reverse a transaction by convincing a decentralized set of judges to first freeze the disputed assets, and then later convincing them to reverse the transaction. Supporting reversibility in the context of ERC-20 and ERC-721 raises many interesting technical challenges. This paper explores these challenges and proposes a design for our ERC-20R and ERC-721R standards, the reversible versions of ERC-20 and ERC-721. We also provide a prototype implementation. Our goal is to initiate a deeper conversation about reversibility in the hope of reducing some of the losses in the blockchain ecosystem.

研究动机与目标

• 为解决区块链交易不可逆的特性所导致的巨额盗窃和用户错误损失问题。
• 设计一种与现有ERC-20和ERC-721标准向后兼容的可逆交易机制。
• 通过形式化的义务会计确保被冻结资产不会被过度分配或重复冻结。
• 通过有时间限制的去中心化争议解决流程，实现被盗或误发代币和NFT的恢复。
• 为可逆交易提供形式化基础，防止因恶意或意外转移导致的经济损失。

提出的方法

• 三阶段撤销工作流：(1) 提交带证据和质押的冻结请求，(2) 去中心化法官在链上投票决定是否冻结资产，(3) 法官裁定是否撤销或拒绝。
• 一种新颖的义务会计算法，按反向时间顺序处理交易，以防止下游地址的过度义务分配。
• 形式化证明：从交易 $ t:a\to b $ 传递给接收方 $ b $ 的义务 $ \text{ob}(b,t) $ 不超过 $ a $ 之前已承担的义务总和 $ \text{obsum}(a,t) $，确保不会发生过度分配。
• 一种名为 _spendings 的数据结构，用于追踪已发出的转账，在冻结时进行减法操作以防止重复冻结，并在 _claims 中添加以实现撤销恢复。
• 将冻结和撤销功能集成到ERC-20R和ERC-721R合约中，若确认为盗窃行为，则NFT将被恢复至原始所有者。
• 使用治理合约协调法官决策，并强制在代币合约上执行冻结和撤销操作。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何安全高效地将可逆交易集成到现有的ERC-20和ERC-721代币标准中？
• RQ2 何种机制可确保在多个请求下被冻结的资产不会被过度分配或重复冻结？
• RQ3 如何确保一组去中心化的法官在无中心权威的情况下公平且一致地决定撤销请求？
• RQ4 可提供何种形式化保证，以防止因错误或恶意的撤销决策导致的经济损失？
• RQ5 该系统如何处理复杂的资金分发模式（如混币或多跳转账）在撤销过程中的影响？

主要发现

• 义务会计算法确保：在交易处理后，任何接收方都不会被分配责任来承担向该地址转移的资金，从而防止过度分配。
• 系统形式化证明了 $\text{ob}(b,t) \leq \text{obsum}(a,t) $，即传递给 $ b $ 的义务不超过 $ a $ 的先前义务总和，确保经济上的合理性。
• 通过在 _spendings 数据结构中冻结时减少金额，防止重复冻结，确保资金不会被冻结两次。
• 算法中采用反向时间顺序处理，即使资金被拆分、交换或在多个账户间洗钱，也能保证正确性。
• 该系统支持可替代性（ERC-20R）和非可替代性（ERC-721R）代币，若确认为盗窃，NFT将被返还至原始所有者。
• 原型实现表明，撤销流程可在数天内启动，并通过去中心化治理解决，为显著降低区块链盗窃损失提供了切实可行的路径。