以太坊一种可升级的可信存证智能合约设计与实现
存证作为区块链的一个重要应用场景，在各个公链中都有已落地的应用和服务。本文将介绍在以太坊上的一种可升级的存证合约的设计与实现。
一、存证业务模型
存证业务的核心是确权，业务逻辑相对比较简单，一般分为存证方和取证方。
•存证方负责将需要确权的数据进行上链；•取证方在需要时可以在区块链上查询到存证内容和该内容的所有者。
如果存证的内容本身能够自证真实性（如电子合同，已有相关参与方的签名），这种业务模型是可以满足需求的。
但是大多数存证场景的存证内容并不能够自证真实，比如你正在阅读的文章，并不能证明作者就是六天，那么为了保证存证方上链的内容是可信的，这时候就需要引入第三个角色审核方。
审核方负责对存证方发起的存证内容进行审核，只有审核通过的内容才能够上链。
如果是在联盟环境中，审核方也有可能是取证方，联盟内的成员对自己审核通过并已上链的内容自然认为是可信的。
在公链的环境中，审核方一般由第三方公信机构担任，存证内容的真实性由公信机构负责审查。
二、需求分析
根据上边的存证业务模型介绍，存证合约需要能够满足以下需求。
1.只有存证方能够发起存证内容上链2.链上的存证数据应该包含存证内容和内容的所有者3.可以对已上链的存证进行检索4.审核方需要对待上链的存证投票，投票数满足一定条件后存证才能上链
三、合约设计
1.0版
基于需求分析，我们根据最小可使用原则，设计第一版存证合约框架，如下图所示。
在存证合约架构1.0版本中，只需要两个合约，一个用于权限控制的Owner合约，一个用于存证业务的Evidence合约。如果说存证合约任何用户都能够调用，进行存证内容上链，权限控制都可以不需要。
2.0版
在第二版中，我们采用了类似MVC结构，将数据和逻辑分离，并且引入控制层。
对存证的所有请求，都通过控制层进行转发，控制层将请求通过代理转发给逻辑层，逻辑层按照业务逻辑处理后通过数据层进行数据上链。架构图如下图所示。
3.0版
3.0版本与2.0版本在架构上是一致的，核心区别在逻辑层。3.0版本在逻辑层增加了存证审核方的业务逻辑。
由于采用了控制层的代理结构，对于业务逻辑升级时，只需要部署新的业务逻辑，然后将新合约的地址注册到代理合约中，即可完成合约升级，并且对外提供服务的合约地址不变。
说明：合约架构图中的各个层级只列出了该层级的核心功能点。
四、 存证合约实现
接下来会详细讲解存证合约的实现。完整实现代码可访问：https://github.com/six-days/ethereum-contracts/tree/master/evidence
1、数据层
数据层核心定义了以下数据：
•EvidenceData存证核心结构，包括存证内容content、所有者owner和存证时间timestamp•evidence存证hash与存证结构的mapping变量•evidenceAmount用于统计总的存证数
contract EvidenceData {
struct EvidenceObject {
bytes content;
address owner;
uint timestamp;
}
mapping(bytes32 => EvidenceObject) internal evidence;
uint internal evidenceAmount;
}存证数据的相关变量都被定义为internal类型，限制为只能合约内部访问。
2、逻辑层
2.1 无审核方审核的逻辑实现
contract EvidenceBaseSaveHandler is Ownable, EvidenceData {
bool internal _initialized;
function initialize(address owner) public {
require(!_initialized);
setOwner(owner);
_initialized = true;
}
function createSaveEvidence(bytes32 _hash, bytes memory _content) public onlyOwner {
require(keccak256(_content) == _hash, "Invalid hash!");
require(evidence[_hash].owner == address(0), "Evidence exist!");
evidence[_hash] = EvidenceObject({
content: _content,
owner: msg.sender,
timestamp: now
});
evidenceAmount++;
}
function getEvidence(bytes32 _hash) public view returns(bytes memory content, uint256 timestamp) {
return (evidence[_hash].content, evidence[_hash].timestamp);
}
function checkEvidenceExist(bytes32 _hash) public view returns(bool isExist) {
isExist = false;
if (evidence[_hash].owner != address(0)) {
isExist = true;
}
return isExist;
}
function getEvidenceAmount() public view returns(uint256 amount) {
return evidenceAmount;
}
}整体上比较简单，但有几个需要说明的地方：
•之所以需要有initialize方法来为权限合约的owner赋值，是因为代理合约在代理逻辑合约之后，逻辑合约自身通过构造函数初始化的值是无法获取到的，因此需要有一个方法能够为初始参数赋值。•createSaveEvidence创建存证合约时，参数_hash为 _content的hash。如果存证的内容本身就是一个文件的hash值，那么参数_hash相当于是hash的hash。
2.2 有审核方审核的逻辑实现
contract EvidenceVoteSaveHandler is EvidenceBaseSaveHandler, Caller {
using SafeMath
for uint256;
struct VoteEvidenceObject {
address owner;
bytes content;
uint8 voted; // 赞成票个数
mapping(address => bool) voters; // 审核方投票记录
}
mapping(bytes32 => VoteEvidenceObject) private voteEvidence; // 存证方发起的存证
uint8 public threshold; // 投票阈值，超过该阈值则说明存证内容可上链
function setThreshold(uint8 _threshold) public isCaller {
threshold = _threshold;
}
// 存证方发起存证，会先存储到待上链的voteEvidence中
function createSaveEvidence(bytes32 _hash, bytes memory _content) public isCaller {
require(keccak256(_content) == _hash, "Invalid hash!");
require(voteEvidence[_hash].owner == address(0), "Vote evidence exist!");
require(checkEvidenceExist(_hash) == false, "Evidence exist!");
voteEvidence[_hash] = VoteEvidenceObject({
content: _content,
owner: msg.sender,
voted: 0
});
}
// 对待上链的存证进行投票
function voteEvidenceToChain(bytes32 _hash) public isCaller {
require(voteEvidence[_hash].owner != address(0), "Evidence not exist!");
require(voteEvidence[_hash].voters[msg.sender] == false, "Already voted!");
voteEvidence[_hash].voted++;
voteEvidence[_hash].voters[msg.sender] = true;
}
// 对超过投票阈值的存证发起上链
function saveEvidenceToChain(bytes32 _hash) public {
require(voteEvidence[_hash].owner != address(0), "Evidence not exist!");
require(checkEvidenceExist(_hash) == false, "Evidence exist!");
require(uint256(voteEvidence[_hash].voted).mul(100).div(callerAmount) >= threshold, "Insufficient votes!");
createSaveEvidence(_hash, voteEvidence[_hash].content);
}
}合约说明：
•合约EvidenceVoteSaveHandler继承自无审核方的基础存证合约EvidenceBaseSaveHandler和存储审核方信息的Caller合约。•存证方发起存证后会先存储到待上链的voteEvidence中，等审核方投票，投票数超过阈值后才可存储到存证数据中。•saveEvidenceToChain方法并没有加权限校验，因为只有大于等于阈值的存证才能最终上链。
3、控制层
控制层使用的是OpenZeppelin提供的“非结构化存储实现可升级”的代理框架。代理模式的详细内容可阅读我之前写的另一篇文章《以太坊智实现智能合约升级的三种代理模式》[1]
代理合约的核心代码如下所示。
contract Proxy {
/**
* @dev Tells the address of the implementation where every call will be delegated.
* @return address of the implementation to which it will be delegated
*/
function implementation() public view returns (address);
/**
* @dev Fallback function allowing to perform a delegatecall to the given implementation.
* This function will return whatever the implementation call returns
*/
function () payable public {
address _impl = implementation();
require(_impl != address(0));
assembly {
let ptr := mload(0x40)
calldatacopy(ptr, 0, calldatasize)
let result := delegatecall(gas, _impl, ptr, calldatasize, 0, 0)
let size := returndatasize
returndatacopy(ptr, 0, size)
switch result
case 0 { revert(ptr, size) }
default { return(ptr, size) }
}
}
}五、合约部署
1、合约部署
1.先部署控制层的代理合约OwnedUpgradeabilityProxy2.部署无审核方的逻辑层合约EvidenceBaseSaveHandler3.调用EvidenceBaseSaveHandler合约的initialize为初始化参数赋值4.调用OwnedUpgradeabilityProxy合约中的upgradeTo方法，将逻辑合约注册到代理合约中。
此时，通过代理合约，已能够调用EvidenceBaseSaveHandler合约中的相关方法。
2、合约升级
如需将逻辑层合约升级为有审核方的合约，此时需要
1.部署EvidenceVoteSaveHandler合约2.调用OwnedUpgradeabilityProxy合约中的upgradeTo方法，将新部署的逻辑合约注册到代理合约中。
此时，已完成了逻辑合约的升级。
References
[1] 《以太坊智实现智能合约升级的三种代理模式》: https://learnblockchain.cn/article/1102
本文作者：六天
腾讯云开发者
