剖析非同质化代币ERC721-全面解析ERC721标准

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什么是ERC-721？现在我们看到的各种加密猫猫狗狗都是基于ERC-721创造出来的，每只都是一个独一无二的ERC-721代币，不过ERC-721在区块链世界远不止猫猫狗狗，它更大的想象空间在于将物理世界的资产映射到区块链上。本文就来剖析下什么是ERC721.

ERC721是什么

在创建代币一篇，我们讲到过ERC20代币，
和ERC20一样，ERC721同样是一个代币标准，ERC721官方简要解释是Non-Fungible Tokens，简写为NFTs，多翻译为非同质代币。

ERC721 是由Dieter Shirley 在2017年9月提出。Dieter Shirley 正是谜恋猫CryptoKitties背后的公司Axiom Zen的技术总监。因此谜恋猫也是第一个实现了ERC721 标准的去中心化应用。ERC721号提议已经被以太坊作为标准接受，但该标准仍处于草稿阶段。本文介绍的ERC721标准基于最新(2018/03/23官方提议。

那怎么理解非同质代币呢?

非同质代表独一无二，谜恋猫为例，每只猫都被赋予拥有基因，是独一无二的（一只猫就是一个NFTs），猫之间是不能置换的。这种独特性使得某些稀有猫具有收藏价值，也因此受到追捧。

ERC20代币是可置换的，且可细分为N份（1 = 10 * 0.1）, 而ERC721的Token最小的单位为1，无法再分割。

如果同一个集合的两个物品具有不同的特征，这两个物品是非同质的，而同质是某个部分或数量可以被另一个同等部分或数量所代替。

非同质性其实广泛存在于我们的生活中，如图书馆的每一本，宠物商店的每一只宠物，歌手所演唱的歌曲，花店里不同的花等等，因此ERC721合约必定有广泛的应用场景。通过这样一个标准，也可建立跨功能的NFTs管理和销售平台（就像有支持ERC20的交易所和钱包一样），使生态更加强大。

ERC721标准

ERC721最为一个合约标准，提供了在实现ERC721代币时必须要遵守的协议，要求每个ERC721标准合约需要实现ERC721及ERC165接口，接口定义如下：

pragma solidity ^0.4.20;

interface ERC721 /* is ERC165 */ {

    event Transfer(address indexed _from, address indexed _to, uint256 _tokenId);
    event Approval(address indexed _owner, address indexed _approved, uint256 _tokenId);
    event ApprovalForAll(address indexed _owner, address indexed _operator, bool _approved);

    function balanceOf(address _owner) external view returns (uint256);
    function ownerOf(uint256 _tokenId) external view returns (address);
    
    function safeTransferFrom(address _from, address _to, uint256 _tokenId, bytes data) external payable;
    function safeTransferFrom(address _from, address _to, uint256 _tokenId) external payable;
    function transferFrom(address _from, address _to, uint256 _tokenId) external payable;
    
    function approve(address _approved, uint256 _tokenId) external payable;
    function setApprovalForAll(address _operator, bool _approved) external;
    function getApproved(uint256 _tokenId) external view returns (address);
    function isApprovedForAll(address _owner, address _operator) external view returns (bool);
}

接口说明：

• balanceOf(): 返回由_owner 持有的NFTs的数量。
• ownerOf(): 返回tokenId代币持有者的地址。
• approve(): 授予地址_to具有_tokenId的控制权，方法成功后需触发Approval 事件。
• setApprovalForAll(): 授予地址_operator具有所有NFTs的控制权，成功后需触发ApprovalForAll事件。
• getApproved()、isApprovedForAll(): 用来查询授权。
• safeTransferFrom(): 转移NFT所有权，一次成功的转移操作必须发起 Transer 事件。函数的实现需要做一下几种检查：

1. 调用者msg.sender应该是当前tokenId的所有者或被授权的地址
2. _from 必须是 _tokenId的所有者
3. _tokenId 应该是当前合约正在监测的NFTs 中的任何一个
4. _to 地址不应该为 0
5. 如果_to 是一个合约应该调用其onERC721Received方法, 并且检查其返回值，如果返回值不为bytes4(keccak256("onERC721Received(address,uint256,bytes)"))抛出异常。

一个可接收NFT的合约必须实现ERC721TokenReceiver接口：

    interface ERC721TokenReceiver {
        /// @return `bytes4(keccak256("onERC721Received(address,uint256,bytes)"))`
        function onERC721Received(address _from, uint256 _tokenId, bytes data) external returns(bytes4);
    }

• transferFrom(): 用来转移NFTs, 方法成功后需触发Transfer事件。调用者自己确认_to地址能正常接收NFT，否则将丢失此NFT。此函数实现时需要检查上面条件的前4条。

ERC165 标准

ERC721标准同时要求必须符合ERC165标准 ，其接口如下：

interface ERC165 {
    function supportsInterface(bytes4 interfaceID) external view returns (bool);
}

ERC165同样是一个合约标准，这个标准要求合约提供其实现了哪些接口，这样再与合约进行交互的时候可以先调用此接口进行查询。
interfaceID为函数选择器，计算方式有两种，如：bytes4(keccak256('supportsInterface(bytes4)'));或ERC165.supportsInterface.selector，多个函数的接口ID为函数选择器的异或值。
关于ERC165，这里不深入介绍，有兴趣的同学可以阅读官方提案。

可选实现接口：ERC721Metadata

ERC721Metadata 接口用于提供合约的元数据：name , symbol 及 URI（NFT所对应的资源）。
其接口定义如下：

interface ERC721Metadata /* is ERC721 */ {
    function name() external pure returns (string _name);
    function symbol() external pure returns (string _symbol);
    function tokenURI(uint256 _tokenId) external view returns (string);
}

接口说明：

• name(): 返回合约名字，尽管是可选，但强烈建议实现，即便是返回空字符串。
• symbol(): 返回合约代币符号，尽管是可选，但强烈建议实现，即便是返回空字符串。
• tokenURI(): 返回_tokenId所对应的外部资源文件的URI（通常是IPFS或HTTP(S)路径）。外部资源文件需要包含名字、描述、图片，其格式的要求如下：

{
    "title": "Asset Metadata",
    "type": "object",
    "properties": {
        "name": {
            "type": "string",
            "description": "Identifies the asset to which this NFT represents",
        },
        "description": {
            "type": "string",
            "description": "Describes the asset to which this NFT represents",
        },
        "image": {
            "type": "string",
            "description": "A URI pointing to a resource with mime type image/* representing the asset to which this NFT represents. Consider making any images at a width between 320 and 1080 pixels and aspect ratio between 1.91:1 and 4:5 inclusive.",
        }
    }
}

tokenURI通常是被web3调用，以便在应用层做相应的查询和展示。

可选实现接口：ERC721Enumerable

ERC721Enumerable的主要目的是提高合约中NTF的可访问性，其接口定义如下：

interface ERC721Enumerable /* is ERC721 */ {
    function totalSupply() external view returns (uint256);
    function tokenByIndex(uint256 _index) external view returns (uint256);
    function tokenOfOwnerByIndex(address _owner, uint256 _index) external view returns (uint256);
}

接口说明：

• totalSupply(): 返回NFT总量
• tokenByIndex(): 通过索引返回对应的tokenId。
• tokenOfOwnerByIndex(): 所有者可以一次拥有多个的NFT, 此函数返回_owner拥有的NFT列表中对应索引的tokenId。

补充说明

NTF IDs

NTF ID，即tokenId，在合约中用唯一的uint265进行标识，每个NFT的ID在智能合约的生命周期内不允许改变。推荐的实现方式有：

1. 从0开始，每新加一个NFT，NTF ID加1
2. 使用sha3后uuid 转换为 NTF ID

与ERC-20的兼容性

ERC721标准尽可能遵循 ERC-20 的语义，但由于同质代币与非同质代币之间的根本差异，并不能完全兼容ERC-20。

交易、挖矿、销毁

在实现transter相关接口时除了满足上面的的条件外，我们可以根据需要添加自己的逻辑，如加入黑名单等。
同时挖矿、销毁尽管不是标准的一部分，我们可以根据需要实现。

参考实现

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<!-- 1. CryptoKitties Deployed Contract. 2. XXXXERC7213. ERC721ExampleDeed -->

参考文献

1. EIPS-165
2. EIPS-721

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