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区块链-NFT 的实现原理

作者:林冠宏 / 指尖下的幽灵。转载者,请: 务必标明出处。

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  • 第一步: 制作id
    • 如何操作?
    • 获取图片的唯一id
    • 获取衣服的唯一id
  • 第二步:通证化
    • 基于不同公链的流程
    • NFT 的智能合约
  • 第三步:展示与修改
    • 展示 NFT 内容
    • 修改 NFT 内容
  • 所有权共识
  • 第三方平台

NFT (Non-Fungible Token),这2年又火了起来,早在18年已经火过一波。

本文只从写代码实现NFT的技术方案层面去介绍 NFT,不从其金融意义、案例,等层面去谈,因为这类内容可以随便在浏览器搜索到,而我接下来要谈的内容,浅层搜索下,数量不多。

第一步: 制作id

制作id,这是把物质制作成 NFT 的第一步。物质有哪些?一段文字、一张图片,一件衣服等,夸张的说,现实世界的物质,无论是虚拟的(游戏装备)或实质物质,都可以被通证化。

如何操作?

通过第三方技术手段获取物质的唯一标志性中间产物。

因此制作 NFT 第一步,广义于下面等式:

  • id = F(I)
    1. I = 输入的物质
    2. F = 处理函数,代表一种方法
    3. id 唯一标志性的中间产物

最简单的例子就是哈希函数,不考虑哈希碰撞,它就可以根据不同的内容输出不同的哈希值。思维在这里不要局限于哈希函数。

获取图片的唯一id

这里用图片代表一系列的文件类数据。

  1. 我们可以将图片转换成 []byte 字节数组,然后计算其哈希值。这种操作虽然比较简单,但是图片别人却不能访问,看不到;
  2. 如果我们想向外部任何人提供图片的读权限,在计算完 id 后,有两种做法:
    1. 上传图片到文件服务器,任何人可以通过 url 链接访问。这里的服务器是中心化的;
    2. 增加区块链属性。上传文件到 IPFS (ipfs是什么,自行搜索),如此一来,文件别人能访问,同时还具备了区块链的去中心化等属性。其中 IPFS 会在上传完文件后,会使用它的算法,帮你计算好哈希值返回,可以直接用它的作为id。

获取衣服的唯一id

这里用衣服来代表一系列的实际物质。如果获取它们的唯一id呢?做法可以放飞思维去思考,比如可以:

  • 衣服的出厂信息、扫描内容、照片,等系列关于它的信息,数据化,然后用这些数据制作成文件,最后参考图片的做法。

第二步:通证化

第一步中获取了物质的id,现在要把它们通证化。切记一点:目前公认的 NFT 都是基于区块链公链的,那么以后是不是会一直这样呢?不一定,说不准出来了新的共识。

基于不同公链的流程

通证化的流程如下:

  1. 选择一条区块链公链。这里的选择会决定后面智能合约等系统组件的技术栈,这一点很核心;
  2. 在所选的公链上开发智能合约;
  3. 所开发的智能合约需要遵循一些基础约定,比如至少能保证物质的id能达到验证去重,什么意思呢?意思是,如果 A 在今天上传了 id=1 到链上,明天 B 也上传同个 id=1 到链上,合约要能告诉 B,你不能上传了,id 已经存在;
  4. 部署智能合约到链上,此时它变成 DApp;
  5. 通过发交易的方式,调用该智能合约的方法,将id等相关数据存储到链上。

NFT 的智能合约

NFT 智能合约可以基于不同的公链开发,它不局限于任何一条公链。不同公链的智能合约方案实现也不同,下面以 以太坊 公链举例说明。

在以太坊上面,开发 NFT 智能合约,已经有很多标准,比如 ERC-721 \1155 \998,各有各的特点,但它们的特点是在基础属性上拓展而来的。(各标准文档: eips.ethereum.org/EIPS/eip-72…)

如果选择 ERC-721 标准开发 NFT 智能合约,在元数据存储部分,就有 tokenUrl 这项,它相当于物质的唯一id,像下面的样子, _tokenURIs 存储的就是通证当前计数id与其对应的 tokenUrl,这里的tokenUrl 是字符串格式,一般是文件url,存储在 IPFS 或其他服务上面的文件的链接,但不局限于链接,也可以是其它的内容。

// 伪代码
contract MyERC721 is IERC721Metadata, ... {
    ...
    mapping(uint256 => address) private _tokenOwner;
    mapping(uint256 => string) private _tokenURIs;
    
    uint256 public tokenCounter; // 计数,当前总的 NFT 的数量,累增
    
    constructor () public ERC721 ("name", "symbol"){
        tokenCounter = 0;
    }
    // 外部调用方,调用这个函数,传参数:tokenURI 即物质的id,tokenURI 唯一
    function createNFT(string memory tokenURI) public returns (uint256) {
        uint256 tokenId = tokenCounter;
        _mint(msg.sender, tokenId); // 将交易发送者和当前的 tokenId 绑定
        _setTokenURI(tokenId, tokenURI); // tokenId 映射到 tokenUrl
        tokenCounter = tokenCounter + 1; // 累加
        return tokenId;
    }
    // _exists 函数判断 tokenId 是否存在,_tokenOwner[tokenId]
    // 根据 id 读取对应的 url
    function tokenURI(uint256 tokenId) external view returns (string memory) {
        require(_exists(tokenId));
        return _tokenURIs[tokenId];
    }
    // 根据 tokenId 和 url 建立 map 数据关系
    function _setTokenURI(uint256 tokenId, string memory uri) internal {
        require(_exists(tokenId)); // _exists
        _tokenURIs[tokenId] = uri;
    }
    ... // 省略系列接口,包含读接口
}
复制代码

上面的 tokenUrl 是标准要求的存储数据项。整个合约具备下面约束功能:

  1. NFT 持有者,即 msg.sender(owner) 和 tokenId 一对多关系,代表一个人可以拥有多个 NFT;
  2. tokenId 和 tokenUrl 一对一关系,代表每份数据一个链上的唯一id,同时 tokenUrl 没要求是唯一,但在调用方,一般会把 tokenUrl 设置唯一,即使不唯一也没关系,冲突的时候,tokenId 越小的,其当初被设置的时间就越早;
  3. NFT 持有者在将数据写入链上后,能够获取 NFT 的链上唯一 id,后续可以根据 id 进行系列的读写操作。

一般来说,我们常规的 NFT 有一个和数据建立关系的项就足够了,但并不局限于此,合约在实现了标准要求的接口后,完全可以自己添加自定义数据项及其读写函数。

第三步:展示与修改

展示 NFT 内容

所谓展示,就是对 NFT 的数据进行读取再展示。一般的流程如下:

  1. 根据当初设置 NFT 数据到链上时获得的 id 去智能合约读取信息;
  2. 将获得的信息通过某介质应用还原出原始的 NFT 数据。

比如将图片 NFT 展示出。(借助上面的 721 合约标准和 IPFS 结合为例)

  1. 假设调用合约存储数据时候得到的 tokenId 是 3,那么使用这个 tokenId 去调用合约的读数据方法;
  2. 执行完 1 步骤,可以得到 tokenUrl,即文件存储在 IPFS 中所得到的链接;
  3. 直接将 tokenUrl 链接在浏览器打开,看到图片。

修改 NFT 内容

修改是一项 NFT 智能合约的拓展功能,可有可无,具体是怎样的方式,完全看需求的实现。比如:

  1. 允许重置 tokenId 所对应的内容;
  2. 在 NFT 原数据中增加其他字段内容,再允许修改这些字段;
  3. 转让 NFT,可以把某 tokenId 对应的 NFT 信息转让给其他 owner,达到转让目的;
  4. 出售 NFT拍卖 NFT 等操作....

所有权共识

目前 NFT,非同质化通证。本质是想借助区块链的属性来标示一种资产的所有权证明。

比如曾拍卖出6000多万美金的数字作品(图片)《Everydays: The First 5000 Days》,中标者能获得原图 和 该图的 NFT。这两样东西,一样是实质的作品,一样是它的所有权者的证明。

我们假设下,如果持有某作品的人,是一位匿名者A,过了多年后,该作品本身不小心被盗并被找回。那么如何证明 A 是真正的拥有者,此时 A 只需要展示他对该作品的 NFT 拥有权,就可以证明。

那么 NFT 是不是类似于我们现实中的证书?不全是,分两点:

  1. NFT 和证书都能证明某资产的所有权;
  2. 对比的存储介质 与 永恒时效:
    1. 证书可能要找个保险柜保养放着,但它终究占据一方土地,仅受一方土地容纳的保险柜保证安全,在时过境迁的影响下,持续性存储下去的时间会较短;
    2. NFT 存储在区块链上,受整个互联网的链节点所保护。它能够存活到整个链网络垮掉那天,对于节点数量众多的公链来说,这个概率几乎等同于互联网终结那天。

第三方平台

现在已经有很多的第三方的 NFT 制作与发布平台。比如 opensea、rarible 等,这些平台自己实现了 NFT 的智能合约 和 NFT 展示应用(介质应用---网站),方便大众 0 代码基础体会 NFT。但也有一些门槛,需要具备钱包和发交易的油费。

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