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ERC 721 协议解析

ERC 721 是非同质化通证（token） NFT 的实现标准。
非同质化，意味着它是唯一的，不可替代的，比如区块链应用里的一块土地/一首歌/一张图/一段话，甚至你也可以将现实世界里的物理资产 token 化，它还可以代表一辆车/一间房。

相较于 ERC 20 这种同质化通证的标准，ERC 721 协议必然更加复杂，通常会由若干个合约组成。分开来看，每个合约都定义一定的职责或者功能，组合起来，共同完成 NFT 的实现和管理。

接下来，我们来讨论其在 OpenZeppelin 中的实现。
@openzeppelin 版本 4.5.0


核心实现接口包括：
  • IERC721: 定义了 Token 层面的通用属性，包括持有查询/余额查询/转账/转账授权等。
  • IERC165: 判断合约是否实现了某个接口。
  • ERC721Metadata: Metadata 层面的通用属性，包括token名称/存储地址(metadata URI)等。
  • ERC721: 实现上述三个接口，实现 ERC721 协议。
  • ERC721URIStorage: 实现上述所有接口，同时，是 tokenId 到 tokenURI 映射关系的实际持有者。

这些实现中，更多的，是通过 tokenId 将各类关系关联起来。

  • tokenId 和 OwnerAddress 组成的 map，解决是谁的问题。可以查询指定 tokenId 的 NFT 是否属于某个账户。
  • tokenId 和 tokenURI 组成的 map 中，主要解决 NFT 在哪的问题。可以通过 tokenId 获取 NFT 的信息（创建者/metadata地址等）；
  • tokenId 和 ApprovedAdress 组成的 map 中，解决谁可以被授权转账的问题。可以查询指定 tokenId 的 NFT 是否授权给某个账户进行操作；

下面，我们来看具体的接口定义和实现。


1 IERC721

符合 ERC 721 标准的合约必须实现的接口。

1.1 balanceOf(address owner) → uint256 balance

获取 owner 账户所拥有的 NFT 的数量。

1.2 ownerOf(uint256 tokenId) → address owner

通过 tokenId 查询持有特定 NFT 的账户。

1.3 transferFrom(address from, address to, uint256 tokenId)

将 from 账户上指定 tokenId 的 NFT 转给 to 账户。注意，这里 from 和 to 都不能是零地址，tokenId 必须属于 from，如果该方法的调用者不是 from 账户，它必须是通过 approve 或者 setApprovalForAll 被授权过允许转移 NFT 的账户。

1.4 safeTransferFrom(address from, address to, uint256 tokenId)

与 transferFrom 相同，但是需要注意的是，
在本函数中，如果 to 是合约，则其必须实现 IERC721Receiver.onERC721Received ，在这种情况下，onERC721Received 将被执行，且需要返回 IERC721Receiver.onERC721Received.selector（即bytes4(keccak256("onERC721Received(address,address,uint256,bytes)"))）,交易才能执行成功。

1.5 safeTransferFrom(from, to, tokenId, data)

上面的函数实际上将调用本函数执行，只不过其 data 字段为空字符串。如果 to 是合约，数据负载 data 将通过 to 合约的 onERC721Received 方法由 from 发送到 to 合约。转账完成之后，to 合约的onERC721Received 被调用，这就是 safe 前缀的含义。
具体代码可以 查看这里。

1.6 approve(to, tokenId)

由 NFT 的实际持有者授权 to 账户可以调用 transferFrom 或者 safeTransferFrom，代替持有者完成 tokenId 的 NFT 的交易。

1.7 getApproved(tokenId)

通过 tokenId 查询授权操作账户。所有授权操作账户和 tokenId 的关系，在 OpenZeppelin 的实现中，记录在 _tokenApprovals map 中。

1.8 setApprovalForAll(operator, _approved)

由 NFT 的实际持有者授权 operator 账户是否可以通过调用 transferFrom 或者 safeTransferFrom，代替持有者完成其账户下所有 NFT 的转账。授权关系记录在 _operatorApprovals map 中。

1.9 isApprovedForAll(owner, operator)

以 owner 和 operator 为 key，查询 _operatorApprovals map 中存储的数据是否为 true，即持有者是否授权 operator 可以操作自己所有的 NFT。是否授权所有 token 的交易权，是存储在 _operatorApprovals 这个 map 中，该 map 的具体形式为 mapping(address => mapping(address => bool)),第一个地址是 owner,第二个地址是 operator，变量 bool是是否全部授权。


2 IERC165

该协议标准中，判断合约是否实现了某个接口。具体实现

2.1 supportsInterface(interfaceId)

外部可以通过调用该方法，确认该合约是否支持某些标准(或者说实现了某些接口)，比如 ERC 721.
注意，该方法是 ERC 165 标准中的方法。

A bytes4 value containing the EIP-165 interface identifier of the given interface I. This identifier is defined as the XOR of all function selectors defined within the interface itself - excluding all inherited functions.

引用来源：type(I).interfaceId


3 IERC721Metadata

该接口主要定义 NFT 的属性信息。

3.1 name() → string

合约 token 的名字。

3.2 symbol() → string

合约 token 名字的简写。

3.3 tokenURI(uint256 tokenId) → string

通过指定的 tokenId 返回其 URI。如果 baseURI 不为空，则 tokenURI 应该为 abi.encodePacked(baseURI, tokenId.toString())，否则该方法将返回空字符串。注意，通常在其实现类中，会 override 该方法，当 baseURI 为空时，直接返回 tokenURI。这里，URI 通常指向了符合 ERC721 Metadata 的 Json 格式文件，如下所示：

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{
    "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."
        }
    }
}

4 ERC721

ERC721 同时实现了 IERC721/IERC165/IERC721Metadata 接口，也有一些内部方法的实现。

4.1 _exists(uint256 tokenId) → bool

通过 tokenId 查询 NFT 是否存在。tokenId 到 账户地址的映射关系存储在 _owners map 中。

4.2 _isApprovedOrOwner(address spender, uint256 tokenId) → bool

查询指定的 spender 账户是否被允许交易指定 tokenId 的 NFT. tokeId 到授权账户的映射关系存储在 _tokenApprovals map 中。

4.3 _mint(address to, uint256 tokenId)

本质上来讲，就是将 tokenId 和账户 to 通过 _owners(一个map) 关联起来，tokenId 为 key，to 为 value。在关联之前，此 tokenId 应为 _owners 中未曾有过的。确保 tokenId 的唯一性。同时，将账户 to 的持有量自增。

4.4 _safeMint(address to, uint256 tokenId, bytes _data)

该方法将调用上述 _mint 方法，但同时，所谓 safe，也将调用 _checkOnERC721Received 方法。在 _checkOnERC721Received 中，如果 to 是合约账户，则 to 必须实现了 IERC721Receiver 接口，其 onERC721Received 将被调用，data 作为参数通过 onERC721Received 传递给 to 合约。

4.5 _safeMint(address to, uint256 tokenId)

将调用 2.2.4 的方法，只不过 _data 是个缺省值，用空字符串表示。

4.6 _burn(uint256 tokenId)

销毁指定 tokenId 的 NFT。所谓销毁，将移除 tokenId 的授权操作关系，且在 _owners 账户关系中将 tokenId 指向零地址。’owner’ 持有量自减。

4.7 _burn(address owner, uint256 tokenId)

销毁指定 tokenId 的 NFT。该方法已经被弃用，推荐 2.2.6 中的方法。

4.8 _baseURI()

baseURI 主要用于参与 tokenURI 的计算。默认情况下，它是空字符串。默认情况下，tokenId 到 tokenURI 之间的映射关系存储在 _tokenURIs 中。如果 baseURI 为空，则方法 tokenURI() 将直接从 _tokenURIs 中取值；否则， tokenURI() 方法中，将通过 abi.encodePacked 方法拼接 baseURI 和 tokenURI 并返回。


5 ERC721URIStorage

实现了上述所有接口。同时，是 tokenId 和 tokenURI 映射关系的实际持有者。

5.1 tokenURI(uint256 tokenId)

在 4.8 中已经做了介绍。

5.2 _setTokenURI(uint256 tokenId, string _tokenURI)

通过 _tokenURIs 这个 map 来关联 tokenId 和 tokenURI.

5.3 _burn(uint256 tokenId)

如上 _burn() 方法，该类中，同时删除了 _tokenURIs 中所存储的对应的内容。


参考链接

ERC 721
ERC721
EIP-721: Non-Fungible Token Standard
openzeppelin-ERC721.sol
type(I).interfaceId
ERC721Metadata
Why doesn’t OpenZeppelin ERC721 contain setTokenURI?
Why doesn’t OpenZeppelin ERC721 contain setTokenURI?-Answer

智能合约 NFTERC721ERC721Metadata

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