本文作者：hundredwz[1]
前言
2021 年 ENS 大火，有很多用户用户赚了不菲的空投，甚至部分用户赚了上千万。
但是 ENS 到底是怎么实现的？技术细节有什么？
目前笔者在中文网站暂未发现从技术角度进行全面讲解的文章，因此尝试从源码的角度来分析下。
以下仅代表自身感悟，如有错漏之处还请指正。
注：本文所参考的合约地址为ens-contracts[2]
概述
ens 的整个技术架构大致类似于下图
ens架构.png
如图所示，ens 可以从功能上进行以下划分：
- 用户层：注册 ens 的入口，通过外观模式，对请求进行相关校验，转发到下层进行实际处理
- 核心层：ens 的核心功能模块，包括 ens 的注册表（ens 和 owner 对应关系）、ens 注册器（注册一个实际的 ens 域名）、ens 反向注册器（通过 address 反向获取 ens 域名）、ens 注册价格计算、dns 注册关联等功能
- 解析器层：解析 ens 域名的实际处理层，支持将 ens 解析为地址、公钥、文本等。
注册
注册各个模块交互流程图如下：
ens注册.png
为了防止域名抢注情况，ens 使用了『请求-提交』二阶段注册模式。
用户在申请域名时，首先根据『待申请域名』和『秘密值（随机数）』生成 commitment，然后提交至 ENS 控制器。
在一分钟以后，将域名的『注册请求』和『秘密值（随机数）』一起提交到控制器，完成 ens 域名的注册。
commitment 处理
生成 commitment是一个计算哈希的过程，核心实现如下代码：
代码语言：javascript复制// 创建commitment
function makeCommitment(string memory name, address owner, bytes32 secret) pure public returns(bytes32) {
return makeCommitmentWithConfig(name, owner, secret, address(0), address(0));
}
function makeCommitmentWithConfig(string memory name, address owner, bytes32 secret, address resolver, address addr) pure public returns(bytes32) {
// 计算ens域名（不带.eth）的哈希
bytes32 label = keccak256(bytes(name));
if (resolver == address(0) && addr == address(0)) {
// 将ens域名（不带.eth）哈希值、域名申请者地址、秘密值（随机数）组合计算哈希
return keccak256(abi.encodePacked(label, owner, secret));
}
require(resolver != address(0));
return keccak256(abi.encodePacked(label, owner, resolver, addr, secret));
}
// commit 过程
function commit(bytes32 commitment) public {
// maxCommitmentAge commitment最大有效时间，是24h
// 如果之前已经存在过该commitment，需要保证前commitment已超过最大有效期，即24小时
// 如果不存在该commitment，则该要求必定满足
require(commitments[commitment] maxCommitmentAge < block.timestamp);
commitments[commitment] = block.timestamp;
}
即生成 commitment，是将hash(ens name)、address、secret组合后求哈希，结果中包含了 ens name 和 secret，也不会泄露原始信息。
然后用户执行申请过程，就是将 commitment 记录到区块链的过程。
验证 commitment主要包含两个操作：
- 根据提交的 secret 判断 commitment 是否正确
- commitment 提交时间在预期范围内
// 根据提交的secret计算commitment
bytes32 commitment = makeCommitmentWithConfig(name, owner, secret, resolver, addr);
// 消耗commitment，也就是验证commitment逻辑
uint cost = _consumeCommitment(name, duration, commitment);
...
function _consumeCommitment(string memory name, uint duration, bytes32 commitment) internal returns (uint256) {
// minCommitmentAge commitment最短有效时间，是1min
// 如果刚提交完commitment就执行注册，该值会大于当前区块时间，不能注册通过
require(commitments[commitment] minCommitmentAge <= block.timestamp);
// maxCommitmentAge commitment最大有效时间，是24h
// 如果该commitment提交时间过早，该值会小于当前区块时间，不能注册通过
require(commitments[commitment] maxCommitmentAge > block.timestamp);
// 保证该域名可用：1. 域名长度大于3；2. 该域名还未被注册或已超出保留时间（90天）
require(available(name));
// 验证通过，删除该commitment
delete(commitments[commitment]);
...
}
价格计算
注册 ens 域名包含不同的价格，目前在 StablePriceOracle 定义中，不同的域名长度价格不同。
代码语言：javascript复制function price(string calldata name, uint expires, uint duration) external view override returns(uint) {
// 计算待注册域名成都
uint len = name.strlen();
if(len > rentPrices.length) {
len = rentPrices.length;
}
require(len > 0);
// 计算域名注册时长*域名单价
uint basePrice = rentPrices[len - 1].mul(duration);
// 域名附加费用_premium价格目前定义为0
basePrice = basePrice.add(_premium(name, expires, duration));
// 将价格转换为eth价格
return attoUSDToWei(basePrice);
}
function attoUSDToWei(uint amount) internal view returns(uint) {
// 通过预言机获取最新的eth/usd价格
uint ethPrice = uint(usdOracle.latestAnswer());
// 计算应当支付多少eth
return amount.mul(1e8).div(ethPrice);
}
可以发现，价格计算较为简单，
- 获取待注册的域名长度，进而计算一共需要支付多少 usd
- 通过预言机合约，获取当前的 eth/usd 价格汇率
- 计算当前需要支付多少 eth
注册
注册包含两种类型：1. 为 ens 域名设置解析器；2. 使用默认的解析器
代码语言：javascript复制// 全新注册入口
function register(string calldata name, address owner, uint duration, bytes32 secret) external payable {
registerWithConfig(name, owner, duration, secret, address(0), address(0));
}
// 具体注册逻辑
function registerWithConfig(string memory name, address owner, uint duration, bytes32 secret, address resolver, address addr) public payable {
// 校验commitment逻辑
bytes32 commitment = makeCommitmentWithConfig(name, owner, secret, resolver, addr);
uint cost = _consumeCommitment(name, duration, commitment);
// 计算域名的哈希
bytes32 label = keccak256(bytes(name));
// 计算tokenId，方便铸造nft
uint256 tokenId = uint256(label);
uint expires;
// 如果要设置新的解析器，执行设定解析器的逻辑
if(resolver != address(0)) {
// 临时设置域名的拥有者为合约地址，方便后续设置解析器
expires = base.register(tokenId, address(this), duration);
// 计算域名哈希（包含.eth）
bytes32 nodehash = keccak256(abi.encodePacked(base.baseNode(), label));
// 设置用户的指定解析器
base.ens().setResolver(nodehash, resolver);
// 配置解析器，将ens和指定的addr对应
if (addr != address(0)) {
Resolver(resolver).setAddr(nodehash, addr);
}
// 把ens拥有权转移给用户
base.reclaim(tokenId, owner);
// nft转移
base.transferFrom(address(this), owner, tokenId);
} else {
// 不设定解析器，使用默认的解析器
require(addr == address(0));
expires = base.register(tokenId, owner, duration);
}
// 发起事件通知
emit NameRegistered(name, label, owner, cost, expires);
// 钱付多了，返还多的钱
if(msg.value > cost) {
payable(msg.sender).transfer(msg.value - cost);
}
}
默认解析器
首先分析下使用默认解析器的逻辑：
代码语言：javascript复制// 注册逻辑入口
function register(uint256 id, address owner, uint duration) external override returns(uint) {
return _register(id, owner, duration, true);
}
function _register(uint256 id, address owner, uint duration, bool updateRegistry) internal live onlyController returns(uint) {
// 需要保证该ens域名可用
require(available(id));
// 防止申请时间过长等导致的数据溢出
require(block.timestamp duration GRACE_PERIOD > block.timestamp GRACE_PERIOD); // Prevent future overflow
// 记录该域名的过期时间
// 域名是否可用也是通过expires判断
expiries[id] = block.timestamp duration;
// nft相关逻辑，之前被人拥有，重新铸造
if(_exists(id)) {
_burn(id);
}
_mint(owner, id);
// 由于是全新注册域名，需要更新注册表
if(updateRegistry) {
ens.setSubnodeOwner(baseNode, bytes32(id), owner);
}
emit NameRegistered(id, owner, block.timestamp duration);
// 返回域名过期时间
return block.timestamp duration;
}
从以上逻辑可知，注册域名的逻辑如下
- 域名统一使用了 expiries map 维护，记录域名的过期时间
- 在 ens 注册表中记录该域名的拥有者信息
- 由于 ens 兼容 ERC721，所以注册一个 ens 域名，也会铸造一个 NFT
自定义解析器
如果用户指定了解析器，相比于使用默认的解析器，逻辑要稍微复杂一些
- 将域名注册给合约自身，以便于有权限设置解析器
- 合约自身作为 owner，设置注册表中的解析器信息
- 用户若指定配置解析器，则在解析器中设定 ens<->addr 关系
- 设置域名的拥有者为用户指定的 owner
- 涉及到 NFT 的操作，就执行 NFT 的转移操作
可以发现，为了实现自定义解析器，需要临时赋予合约 ens 拥有权，执行设置解析器的操作，执行完成后，再重新授予用户。
到此位置，注册一个 ens 的域名就全部执行完成。
ENS 解析
正向解析
解析 ens 时各个模块交互如下：
可以发现，解析 ens 域名流程实现了注册表和解析器的解耦，注册表不维护具体内容，具体数据由解析器提供。
首先看下注册表设置和获取的核心逻辑
代码语言：javascript复制struct Record {
address owner; // 域名拥有者
address resolver; // 域名解析器
uint64 ttl; // 域名解析存活时间
}
// ens和记录的映射关系
mapping (bytes32 => Record) records;
function setResolver(bytes32 node, address resolver) public virtual override authorised(node) {
emit NewResolver(node, resolver);
// 将解析器添加到records记录中
records[node].resolver = resolver;
}
function resolver(bytes32 node) public virtual override view returns (address) {
// 根据ens域名，返回解析器地址
return records[node].resolver;
}
我们以解析以太坊地址为例，查看下解析逻辑
代码语言：javascript复制uint constant private COIN_TYPE_ETH = 60;
// 记录ens域名和地址的对应关系
mapping(bytes32=>mapping(uint=>bytes)) _addresses;
// 设置地址
function setAddr(bytes32 node, address a) virtual external authorised(node) {
setAddr(node, COIN_TYPE_ETH, addressToBytes(a));
}
function setAddr(bytes32 node, uint coinType, bytes memory a) virtual public authorised(node) {
emit AddressChanged(node, coinType, a);
if(coinType == COIN_TYPE_ETH) {
emit AddrChanged(node, bytesToAddress(a));
}
// 将地址添加到address映射中
_addresses[node][coinType] = a;
}
// 解析地址
function addr(bytes32 node) virtual override public view returns (address payable) {
bytes memory a = addr(node, COIN_TYPE_ETH);
if(a.length == 0) {
return payable(0);
}
return bytesToAddress(a);
}
function addr(bytes32 node, uint coinType) virtual override public view returns(bytes memory) {
// 读取address映射关系，获取ens命名对应的地址
return _addresses[node][coinType];
}
反向解析
反向注册器的功能是实现从以太坊地址到 ens 域名的解析。类似正向正向注册器支持『.eth』，反向注册器支持的是『.addr.reverse』。
理解了正向解析后，反向解析就比较容易理解：
- msg.sender 地址求 hex
- 在 ens 注册表中添加
namehash(hex(msg.sender).addr.reverse)=>owner的管理关系，即为反向域名设置Record - 在反向解析器中设置
namehash=>address
实现的代码逻辑为
代码语言：javascript复制// 设置反向域名解析
function setName(string memory name) public returns (bytes32) {
// 在ens注册表中添加反向域名的record
bytes32 node = _claimWithResolver(
msg.sender,
address(this),
address(defaultResolver)
);
// 在反向解析器中添加反向域名到ens域名的映射关系
defaultResolver.setName(node, name);
return node;
}
function _claimWithResolver(
address addr,
address owner,
address resolver
) internal returns (bytes32) {
// 求address的hex编码
bytes32 label = sha3HexAddress(addr);
// 计算namehash
bytes32 node = keccak256(abi.encodePacked(ADDR_REVERSE_NODE, label));
// 获取当前address有没有设定反向解析器，如果已设置，就判断是否需要更新
address currentResolver = ens.resolver(node);
bool shouldUpdateResolver = (resolver != address(0x0) &&
resolver != currentResolver);
address newResolver = shouldUpdateResolver ? resolver : currentResolver;
// 在ens注册表中添加对应关系
ens.setSubnodeRecord(ADDR_REVERSE_NODE, label, owner, newResolver, 0);
emit ReverseClaimed(addr, node);
return node;
}
DNS 解析
通过前文的 ens 正向解析和反向解析分析可知，往注册表添加数据的关键是，证明自身对数据的所有权，DNS 解析亦如此。
- 正向解析修改注册表是通过有且仅有ENS 基础注册器具有『eth』这一 baseNode 操作权，作为唯一 eth 域名分配入口，保证分配给用户的域名一定是经过系统控制的
- 反向解析的输入数据是
msg.sender，除了调用者自身，其他人都不可能给msg.sender设定反向解析记录
那么 DNS 解析是怎么操作的呢？
dns解析.png
从交互图可以理解 DNS 解析的交互逻辑
- 需要去域名提供商手动添加一条 A 记录，其中域名是
_ens.{domain}.{suffix}，a 记录内容是a=address - 自身获取 A 记录的 proof，方便 DNS 预言机验证
- DNS 预言机内置了根公钥和支持的部分域名的证明，按照类似于证书验证体系，即验证树的形式完成 proof 的验证
- 有了证明，就可以向 DNS 注册器提交 DNS 绑定了
- 将该 DNS 记录添加到 ENS 注册表中
相关代码如下：
代码语言：javascript复制// 提交证明
function submitRRSets(RRSetWithSignature[] memory input, bytes calldata _proof) public override returns (bytes memory) {
bytes memory proof = _proof;
for(uint i = 0; i < input.length; i ) {
proof = _submitRRSet(input[i], proof);
}
return proof;
}
// 验证并存储证明
function _submitRRSet(RRSetWithSignature memory input, bytes memory proof) internal returns (bytes memory) {
RRUtils.SignedSet memory rrset;
// 验证证明
rrset = validateSignedSet(input, proof);
RRSet storage storedSet = rrsets[keccak256(rrset.name)][rrset.typeCovered];
if (storedSet.hash != bytes20(0)) {
// To replace an existing rrset, the signature must be at least as new
require(RRUtils.serialNumberGte(rrset.inception, storedSet.inception));
}
// 存储证明
rrsets[keccak256(rrset.name)][rrset.typeCovered] = RRSet({
inception: rrset.inception,
expiration: rrset.expiration,
hash: bytes20(keccak256(rrset.data))
});
emit RRSetUpdated(rrset.name, rrset.data);
return rrset.data;
}
// 声明域名拥有权
function claim(bytes memory name, bytes memory proof) public override {
// 获取要存储到注册表的数据
(bytes32 rootNode, bytes32 labelHash, address addr) = _claim(name, proof);
// 添加到ens注册表
ens.setSubnodeOwner(rootNode, labelHash, addr);
}
其他
1. 注册表权限是如何管理的？
注册表实现了一个authorised验证逻辑，只有域名拥有者或授权操作者才能执行相关写操作。
modifier authorised(bytes32 node) {
address owner = records[node].owner;
require(owner == msg.sender || operators[owner][msg.sender]);
_;
}
合约在部署时，默认赋予了合约部署者0x0的操作权限。合约部署者后续会调用setSubnodeOwner赋予特定用户操作各个域名的权限，比如eth
// 合约部署者，提交node为0x0，label为eth，owner为指定用户，即赋予了特定用户操作eth的权限
function setSubnodeOwner(bytes32 node, bytes32 label, address owner) public virtual override authorised(node) returns(bytes32) {
bytes32 subnode = keccak256(abi.encodePacked(node, label));
_setOwner(subnode, owner);
emit NewOwner(node, label, owner);
return subnode;
}
调用记录可查看etherscan 交易[3]
2. 购买 eth 域名，默认没有配置解析器和 ttl？
是的
3. ens 的域名是怎么存储的？
在 ens 注册表中，所有的域名都会进行 namehash 计算，然后使用 bytes32 进行存储。
namehash 算法定义是
代码语言：javascript复制def namehash(name):
if name == '':
return ' ' * 32
else:
label, _, remainder = name.partition('.')
return sha3(namehash(remainder) sha3(label))
比如有一个域名为mysite.swarm，则计算方式为
node = ' ' * 32
node = sha3(node sha3('swarm'))
node = sha3(node sha3('mysite'))
# 计算结果
namehash('') = 0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
namehash('eth') = 0x93cdeb708b7545dc668eb9280176169d1c33cfd8ed6f04690a0bcc88a93fc4ae
namehash('foo.eth') = 0xde9b09fd7c5f901e23a3f19fecc54828e9c848539801e86591bd9801b019f84f
使用这种形式有以下几种原因：
- 合约不需要处理可读的文本字符串，降低不同编码的影响
- 从一个域名(bob.eth)的 namehash 可以推导任意子域名(alice.bob.eth)的 namehash
- 推导过程无需知道或处理原域名(bob.eth)
参考资料
[1]hundredwz: https://learnblockchain.cn/people/493
[2]ens-contracts: https://github.com/ensdomains/ens-contracts/tree/fb88681d476e8cabc642781262043b8d521fefd5
[3]etherscan交易: https://etherscan.io/tx/0x057a18943891fc4defd54ff6b18c4fa1e15b822f299f2f08117e4fd11d44f971
