务实地取消 SELFDESTRUCT

曾汨   |   19. Mar, 2021   |   250 次阅读

本文将介绍 SELFDESTRUCT 对以太坊生态弊大于利的一些理由，正是因为这些理由，我们应该以某种方式移除 SELFDESTRUCT 。鉴于有些合约已经使用了 SELFDESTRUCT ，我提出了一些只需要付出最小的代价就能消除 SELFDESTRUCT 危害的方法。

一段历史： SELFDESTRUCT 已经没有必要了

SELFDESTRUCT （最初叫作 SUICIDE ）早在以太坊的极早期便已引入。实际上，它在 2013 年 12 月发布的以太坊协议 “规范” 预告中就已经出现了。那时候，几乎没人仔细考虑过状态规模管理的长远问题。但是，有个想法我大概还有些印象，为了防止没用的垃圾状态不受限制地膨胀，我们需要让任何创建出来的对象都可以被销毁。具体的思路是，当外部账户（Externally-owned accounts, EOAs）的余额为零时触发自毁，而合约在没用后可以调用代码里的一行自毁语句触发自毁。还有一个 gas 退款机制用于激励大家销毁没用的状态。

2014 年 1 月，Andrew Miller 指出了一个非常严重的问题：在 2013 年 12 月的规范设计中，EOA 很容易被重放攻击。如果我有 100 个币，我通过一笔交易发给你 10 个币，你可以简单地在链上重放这笔交易十次，从而转走我的全部余额。这个问题很快就修复了，为此我们增加了 nonce 字段。然而，nonce 字段的引入让删除 EOA 的愿望彻底破灭了：nonce 是不能被重置为零的（译者注：因为以太坊的状态树是根据账户地址计算的一种前缀树，（如果仍然允许 EOA 的 nonce 回退为 0）一旦该账户被再次使用，nonce 又要从零开始，就会被重放攻击）。

2015 年，有人提出了一些方案试图绕过这个问题，使余额为零的账户可以被安全地删除（译者注：nonce 重置时与区块高度关联，而非从零开始）。然而，当时很明显，几乎没有合约开发者真正使用自毁功能：因为要弄清楚什么时候自毁太难了，而奖励也太少了。

到 2019-21 年，事情已经变得很明显了，我们需要的是其他形式的状态管理，比如租金机制或者是长期未动的状态 “到期作废（expiring）” （即 “部分无状态（partial statelessness）”）。而如果我们采用这两个方案中的任何一个，只要它是有效的，那么合约是否有能力主动删除自己就一点儿也不重要了。

SELFDESTRUCT 是唯一一个破坏重要恒常性质（invariant）的操作码

SELFDESTRUCT 不仅没什么用，还会产生危害。它破坏了一些重要的恒常性质，这些性质本来是很好的，但是仅仅因为这一个操作码，我们就失去了这些性质。

SELFDESTRUCT 是唯一一个能在单个区块中变更无限个状态对象的操作码

其他所有的操作码都只能操作账户中的单个值或者存储树上的单个 key，所以它们能变更多少固定大小的对象是有限制的（通常，调用一个操作码只能变更一个对象）。但是，SELFDESTRUCT 可以删除整棵存储树。

在目前的状态树结构中，这是可以容忍的。但是，考虑一种特殊的情况：当调用 SELFDESTRUCT 删除许多存储插槽后，下一个事务又在同一个地址上创建一个合约并访问同一些存储槽。为了处理这种情况，需要额外设计复杂的缓存机制。此外，SELFDESTRUCT 还阻碍了我们变更状态存储格式。

以 SELFDESTRUCT 会阻碍的两类状态存储格式为例：

• 任意的 “单层” 方案（使用单棵树或者单个 hashmap 来存储所有合约账户的数据，以此代替目前的每个合约账户都有一棵存储树的设计）
• 存储槽可以存储在一些地址 “附近”，而不是存储在合约里的方案（这可能对优化见证大小（witness size）有用，比如在 ERC20 转账或 Uniswap 交易的场景下）

请注意，这不是在空想，从根本上变更状态存储格式（如采用二进制树、Verkle 树等）的讨论已经开始了，如果状态存储的数据结构能够接近单一的的键/值存储结构，并且单个区块中可以变更的状态数量有一个较低的上限，那将大大扩展我们的选择空间。

SELFDESTRUCT 是唯一一个会导致合约代码变动的操作码

如果在一个特定的地址上存储了一段代码，那么这段代码就会永远保留在链上。这样的恒常性质是有用的，因为在构建应用时不需要担心这些代码会出现变动。

账户抽象化（Account abstraction）非常依赖该恒常性质用以支持库调用。因为代码存在变动的可能，还会导致应用的安全性变得复杂很多：2017 年 Parity 的多签钱包就曾因为其引用的库代码合约被偶然删除而彻底瘫痪。

而唯一破坏代码不变性的操作码就是 SELFDESTRUCT （是造成 Parity 多签猝死的罪魁祸首）。

SELFDESTRUCT 是唯一一个可以未经账户同意就能修改账户余额的操作码

SELFDESTRUCT 有一个内置的 “转账” 的功能，其并不走正常的转账流程，因而可以绕过避免合约地址接收 Ether 的守护功能，以及对转账事件的日志记录。这为智能合约钱包埋下了隐患，让一些潜在有用的技巧没法使用，加重了开发者和审计者的心智负担（需要考虑更多的例外条件）。

SELFDESTRUCT 当前的用例

如今 SELFDESTRUCT 有两类重要的应用：

1. GasToken：当 gas 价格低时通过创建合约用掉 gas，当 gas 价格高时通过调用 SELFDESTRUCT 获得 gas 退款（对于几乎不占用空间的合约来说，可以退回大约 60% 的创建费用）。
2. 利用 SELFDESTRUCT 实现代码的动态变更：这可用于 dApp 或 DAO 及其他类似用例的 “升级”。

（1）可以被安全地销毁。GasToken 的开发者已经发出了警告 “虽然对以太坊网络的变更会导致 GasToken 无法使用、不可赎回、不能互换以及/或毫无价值，但是 GasToken 的开发者极可能会拥护该变更”。移除 selfdestruct 退款只会导致有些操作的费用变得更贵（2 倍以上）。

从长远来看，（2）是没必要的，还有其他一些被广泛使用的范式可用于支持动态代码变更。最容易实现的是 DELEGATECALL 转发器，合约从一个存储插槽中获取一个代码地址，然后调用对应地址的代码；修改这个存储插槽就能更新代码。不过，从短期来看，有少数应用已经使用了（2）。

提案 1：完全移除 SELFDESTRUCT

从某个区块（用 FLAG_BLOCK 表示，比如取 PoW 链与信标链合并发生的那个区块）开始，完全停用 SELFDESTRUCT 。在这个及之后的区块里，如果 EVM 在执行时遇到 0xff 操作码，只要抛出异常直接退出即可，就像 EVM 执行时遇到不存在的操作码一样。

在完全停用前，为了警示用户避免使用 SELFDESTRUCT ，我们可以渐进式地增加其 gas 费用：如果 block.number + 10**6 >= FLAG_BLOCK ，则 SELFDESTRUCT 的 gas 费用增加到 10**10 // (FLAG_BLOCK - block.number) 。

提案 2：阉割 SELFDESTRUCT

我们也可以保留这个操作码，但是改变其行为，一方面消除其对状态树的破坏，另一方面增加一个新特性，让合约可以标识为不可自毁（un-self-destructible），从而确保代码不可变。

暂时提议新增的行为包括：

• 当一个合约调用 SELFDESTRUCT 时，并不会删除合约账户，而是清空代码，并且将 nonce 值增加 2**40 。没有退款。
• 通过调用（转账）将合约中的 ETH 转移到目标地址（要么由父调用提供所需的全部 gas，要么父调用并不提供任何 gas）。
• 可以在代码为空的地址（比如被清空过的）上创建合约。
• 在合约里调用 SSTORE 和 SLOAD 操作地址 A 时，实际操作的是 A_offset = (A + A.nonce // 2**40) % 2**160 的存储树。

注意，从 EIP-2929 的角度来看， A_offset 需要 “可达（accessed）”。如果该账户不在可达账户集合中，则需要额外支付 2600 gas 以加入可达集合。

另一种选择是调整将 storage key 转换为 tree key 的哈希函数，用 sha3(storage_key + contract_nonce // 2**40) 代替 sha3(storage_key) 。需要注意的是，无论如何都需要做一些类似的调整，以方便合约级别的无状态 key 空间扩展（expanding-key-space statelessness）。

合约可以在代码中指定 0xA8 作为第一个字节，EVM 会将其识别为无操作，但使用它来开启一个标志，在执行过程中完全禁用 SELFDESTRUCT 的功能（注意：这与 SET_INDESTRUCTIBLE 提案是一样的）。

这两种解决方案也可以结合起来：当前立即阉割，将来完全移除。或者，这个操作码也可以永远不被完全移除，但是最终只保留一个功能，即向目标地址发送合约当前的全部 ETH 余额，我们可以将这个操作码重命名为 CLEAR 。

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原文链接: https://hackmd.io/@HWeNw8hNRimMm2m2GH56Cw/selfdestruct
作者: Vitalik
翻译&校对: 戡乱 & 阿剑

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