Day 20【ERC-721】They don't know I own this song's non-fungible token

【前言】
就我们所知，所谓的链上数据通常都是一串的数字或者是文字，但艺术品通常都有其相当的外观，那这些「图像」甚至「影片」到底是怎麽储存，并且出现在我们眼前的呢？

【把图片存在以太坊上到底要多少钱？】

首先要知道，如果我们把 NFT 的 MetaData 以及相关数据全部储存在链上，那将耗费极大的成本。

在以太坊之中是以 256 bits 为主，假设我们要储存一张大小为 1 MB 的图片：

在 Ethereum 中每"单位"是 256 bits = 32 bytes = 2^5 bytes
1 MB =  1,024 KB = 1024 * 1024 bytes = 2^20 bytes

也就是说我们需要 2^20 / 2^5 = 2^15 = 32,768 "单位"

从以下这个网站我们可以发现当前的 STANDARD Gas Prices 是 68 Gwei( in 2021/8/30)。

ETH Gas Station

从 yellow paper 以及 EIP-2200 之中我们可以得知，如果要储存 32,768 单位的资料，需要 call SSTORE 32,768 次，这个函数是表示把一个值从零设置为非零，而每次需要耗费 20000 的 Gas。

GitHub - ethereum/yellowpaper: The "Yellow Paper": Ethereum's formal specification
EIPs/eip-2200.md at master · ethereum/EIPs

每笔交易的 gas limit 是 21,000 gas，从以下这个网站我们可以发现得到 1 ETH 的价值为 3,163.08 USD ( in 2021/8/30)。

CoinDesk: Bitcoin, Ethereum, Crypto News and Price Data

每一次 call SSTORE 都需要耗费 20000 Gas：

储存并且交易 1 MB 的资料需耗费 20,000 * 32,768 + 21000 = 655381000 GAS

其价值 655381000 * 68 = 44565908000 Gwei；已知 10^9 Gwei = 1 ETH

= 44.565908 ETH
 
= 140,965.532 USD

= 3,913,696.555. NTD 

没错，如果你需要储存 1 MB 的资料，就需要 3,913,696.555 NTD。所以我们不可能把资料存在链上面对吧！

【tokenURI 元数据方法】
当然如果这张图片的价值超过所需要付出的 Gas，也许有人会决定把所有资讯放上链。不过如果不要把 JPEG 放在链上的话，那 NFT 的 JPEG 会出现在哪，以何种方式「安全地」呈现呢？

我们接续昨天介绍的 ERC-721 API 与内置函数，

interface ERC721 {
    event Transfer(...);
    event Approval(...);
    event ApprovalForAll(...);

    function balanceOf(...);
    function ownerOf(...);
    function safeTransferFrom(...);
    function safeTransferFrom(...);
    function transferFrom(...);
    function approve(...);
    function setApprovalForAll(...);
    function getApproved(...);
    function isApprovedForAll(...);
}
interface ERC721Metadata {
    function name(...);
    function symbol(...);
    function tokenURI(...);
}

我们要聚焦在 tokenURI 之上。

function tokenURI(uint256 _tokenId) external view returns (string);
// A distinct Uniform Resource Identifier (URI) for a given asset.

观察之後会发现 NFT 在链上其实是储存成一个 256-bit 的整数。

如果我们去到任何 Etherscan 上的 NFT 合约查看 Contract Source Code，像是我们查看有名的 BAYC 可以发现以下程序码。

/**
 * @title ERC721 Non-Fungible Token Standard basic implementation
 * @dev see https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-721
 */
contract ERC721 is Context, ERC165, IERC721, IERC721Metadata, IERC721Enumerable {
    ...
    // Optional mapping for token URIs
    mapping (uint256 => string) private _tokenURIs;
		...

    /**
     * @dev See {IERC721Metadata-tokenURI}.
     */
    function tokenURI(uint256 tokenId) public view virtual override returns (string memory) {
        require(_exists(tokenId), "ERC721Metadata: URI query for nonexistent token");

        string memory _tokenURI = _tokenURIs[tokenId];
        string memory base = baseURI();

        // If there is no base URI, return the token URI.
        if (bytes(base).length == 0) {
            return _tokenURI;
        }
        // If both are set, concatenate the baseURI and tokenURI (via abi.encodePacked).
        if (bytes(_tokenURI).length > 0) {
            return string(abi.encodePacked(base, _tokenURI));
        }
        // If there is a baseURI but no tokenURI, concatenate the tokenID to the baseURI.
        return string(abi.encodePacked(base, tokenId.toString()));
    }

也就是说当我们查看 tokenURI 的时候他执行一个内部的 map 函数，有点像 python 的 dict 杂凑，并不是一个从合约外部来 hash 的函数。

此时我们去 Read Contract 的部分查看 tokenURI ，并输入任意的 tokenId (uint256) 即可查看回传的 string 是长什麽样子。我在 Bored Ape Yacht Club 的合约底下查询 9946 的猴子後，回传的是：

string :  ipfs://QmeSjSinHpPnmXmspMjwiXyN6zS4E9zccariGR3jxcaWtq/9946

那图片到底是储存在哪并且显示的呢？我们接下来查看 IPFS 这个东西。

【IPFS】
所谓的 IPFS 译为 星际文件系统 (Inter Planetary File System)，是一个分散式的网站点到点网路传输协议。提供一个可用於存取档案、网站、应用程序与资料的分散式系统。IPFS 协议的目标是取代传统的互联网协议 HTTP，因为 HTTP 是中心化且低效的，成本也更高。此外 HTTP 的生存周期也大概只有三个月，Web 文件有可能在储存成本太高的情况下被删除。

这边我们不多加叙述 IPFS 的块储存模型、加密方法和与众不同的服务，回来聚焦在我们的主题上！

如果我们把字串中的 ipfs:// 改成 https://ipfs.io/ipfs/ 就可以来到一个神秘的地方！

https://ipfs.io/ipfs/QmeSjSinHpPnmXmspMjwiXyN6zS4E9zccariGR3jxcaWtq/9946

我们可以发现这是一个 JSON 的档案格式，里面储存的就是这个 NFT 该要有的资料，也就是 NFT　的 MetaData！

{"image":"ipfs://QmQn9BnEMHrbqApJ59wDnFqEjtoZE6pKy4LoxFhWA7MKPw",
 "attributes":[{"trait_type":"Hat","value":"Sea Captain's Hat"},
						 	 {"trait_type":"Mouth","value":"Phoneme Vuh"},
							 {"trait_type":"Eyes","value":"Sad"},
							 {"trait_type":"Background","value":"New Punk Blue"},
							 {"trait_type":"Fur","value":"Golden Brown"}]}

最重要的是我们会看到心心念念的 "image"，如果我们使用一样的方法把字串中的 ipfs:// 改成 https://ipfs.io/ipfs/ 後，就可以看见图片啦！

https://ipfs.io/ipfs/QmQn9BnEMHrbqApJ59wDnFqEjtoZE6pKy4LoxFhWA7MKPw

现在我们知道了 ERC-721 上的 Token 不管是图片还是元数据，其实都是藉由合约访问，并且储存在 IPFS 上的！

【小结】
相信各位在看完这两天的文章之後对 ERC-721 Token 以及 NFT 加密艺术品都更有了解！明天就会开始进入查询 Token Owner 的环节，回到我们的 Project 之中罗！

【参考资料】
EIPs/eip-721.md at master · ethereum/EIPs
LEVELUPUP
ERC-721 Token with on chain metadata
EIPs/eip-721.md at master · ethereum/EIPs
Your CryptoKitty Isn't Forever - Why DApps Aren't as Decentralized as You Think