如何在智能合約中使用 ANU 的量子隨機數生成器

2022-10-21 16:10:08

為了滿足智能合約對隨機性的需求，去中心化僞隨機數生成器是一種常用的方法。

原文：A Guide to Using ANU’s Quantum Random Number Generator in Your Smart Contracts

作者：Vansh Wassan

原用標題（譯後）：指南：在智能合約中使用 ANU 的量子隨機數生成器

編譯：ChinaDeFi

隨機數生成器 (RNG) 一直是使用智能合約時最大的問題之一。確定性虛擬機無法產生 “真正的” 隨機性。

為了滿足智能合約對隨機性的需求，去中心化僞隨機數生成器是一種常用的方法。最常用的方法之一是 Chainlink 的 VRF 或可驗證隨機函數，它在鏈上提供密碼可證明的隨機數。它生成一個鏈下隨機數和用於驗證結果的加密證明。

然而，這種配置與其他第三方預言機網絡存在相同的問題。設置一個可以提供 PRNG 的預言機節點會暴露潛在的攻擊載體，比如女巫攻擊，也缺乏源透明性和去中心化。例如，需要信任治理實體來選擇網絡參與者，這意味着去中心化的 PRNG 只與治理實體一樣安全和去中心化。

量子隨機數生成

QRNG 通過量子現象產生隨機性。它使用一個 “真正的” 熵源，利用量子物理的獨特特性來產生真正的隨機性。

實現 QRNG 的方法各不相同，但共同點是得到的數字將是真正隨機的，因為量子事件的結果在理論上是不確定的。因此，QRNG 是隨機數生成的黃金標准。

澳大利亞國立大學的 QRNG Airnode

正如我們已經討論過的，通過第三方預言機網絡提供 RNG 會為攻擊載體打开大門。但是由 QRNG API 提供商直接運營的第一方預言機 (airnode) 會以最佳方式應對女巫攻擊風險。

API3 QRNG 是澳大利亞國立大學 (ANU) 提供的公共實用程序。它由 ANU 量子隨機數托管的 Airnode 提供動力，這也意味着它是第一方服務。澳大利亞國立大學的量子光學部是該領域世界領先的研究機構之一。該部門還運行一個 REST API，即量子隨機數 API，以服務於 Web2 中的 QRNG。

它作為一種公共產品，所以也是免費的 (除了 gas 成本)，當需要鏈上 RNG 時，它通過一個易於使用的解決方案提供了 “真正的” 量子隨機性。

Airnode 和 API3 QRNG 是如何工作的？

https://docs.api3.org/qrng/introduction/how-works.html

首先，我們需要使用能夠匹配上的贊助者錢包進行部署並贊助 QrngRequester。QrngRequester 將是檢索隨機數的主合約。

QrngRequester 向 AirnodeRrpV0 提交一個隨機數請求。Airnode 從 AirnodeRrpV0 協議合約中收集請求，從鏈下檢索隨機數，並將其發送回 AirnodeRrpV0。一旦接收到，它將使用隨機數執行回調到請求程序。

編碼 QrngRequester.sol

开始

請確保已安裝以下軟件：

Node.js
yarn/NPM

另外，請確保已經克隆並安裝了 Airnode Monorepo。如果還沒有，用以下命令克隆 Airnode Monorepo：

$gitclonehttps://github.com/api3dao/airnode.git

要安裝依賴項，請執行以下步驟:

$ yarn run bootstrap

要構建所有的包，使用這個命令：

$ yarn run build

編制合約

為了編譯 QrngRequester 合約，我們將使用 Remix IDE。它是一個在线 IDE，可以為與 EVM 兼容的區塊鏈开發、部署和管理智能合約。

//SPDX-License-Identifier: MITpragma solidity 0.8.9;import "@api3/airnode-protocol/contracts/rrp/requesters/RrpRequesterV0.sol";contract RemixQrngExample is RrpRequesterV0 {    event RequestedUint256(bytes32 indexed requestId);    event ReceivedUint256(bytes32 indexed requestId, uint256 response);    address public airnode;    bytes32 public endpointIdUint256;    address public sponsorWallet;    mapping(bytes32 => bool) public waitingFulfillment;    // These are for Remix demonstration purposes, their use is not practical.    struct LatestRequest {       bytes32 requestId;      uint256 randomNumber;    }    LatestRequest public latestRequest;    constructor(address _airnodeRrp) RrpRequesterV0(_airnodeRrp) {}    // Normally, this function should be protected, as in:    // require(msg.sender == owner, "Sender not owner");    function setRequestParameters(        address _airnode,        bytes32 _endpointIdUint256,        address _sponsorWallet) external {        airnode = _airnode;        endpointIdUint256 = _endpointIdUint256;        sponsorWallet = _sponsorWallet;    }    function makeRequestUint256() external {        bytes32 requestId = airnodeRrp.makeFullRequest(            airnode,            endpointIdUint256,            address(this),            sponsorWallet,            address(this),            this.fulfillUint256.selector,            ""        );        waitingFulfillment[requestId] = true;        latestRequest.requestId = requestId;        latestRequest.randomNumber = 0;        emit RequestedUint256(requestId);    }    function fulfillUint256(bytes32 requestId, bytes calldata data)        external        onlyAirnodeRrp{        require(            waitingFulfillment[requestId],            "Request ID not known"        );        waitingFulfillment[requestId] = false;        uint256 qrngUint256 = abi.decode(data, (uint256));        // Do what you want with `qrngUint256` here...        latestRequest.randomNumber = qrngUint256;        emit ReceivedUint256(requestId, qrngUint256);    }}

QrngRequester 有三個主要函數：setRequestParameters()， makeRequestUint256() 和 fulfillUint256()。

setRequestParameters() 函數接受 airnode、endpointIdUint256、sponsorWallet 並設置這些參數。
makeRequestUint256() 函數調用協議合約的 airnodeRrp.makeFullRequest() 函數，該函數將請求添加到其存儲中並返回一個 requestId。
目標鏈下 ANU Airnode 收集請求並使用隨機數向請求者執行回調。

請求參數

makeRequestUint256() 函數需要以下參數發出有效請求。

airnode (地址) 和 endpointiduint256 指定端點。
sponsorWallet 指定將使用哪個錢包來完成請求。

響應參數

對 QrngRequester 的回調包含兩個參數：

requestId：在發出請求時會被首次獲取，並在這裏作為參考傳遞，以識別響應所針對的請求。
data：在成功響應的情況下，這是已被編碼的請求數據，除了其他響應數據外，還包含時間戳。使用 abi 對象中的 Decode() 函數對其進行解碼，以獲得隨機數。

轉到 Remix IDE，創建一個合約，並將其粘貼到 QrngRequester 代碼中。

現在，點擊儀表板右側的 compile 並編譯智能合約。

部署合約

我們將把我們的 QrngRequester 部署到 Goerli。確保錢包中有足夠的測試網 ETH 來部署合約，並在以後資助 sponsorWallet。

轉到部署，運行交易，並在環境下選擇 “Injected Provider — MetaMask” 選項。連接 MetaMask。確保是在 Goerli。

_rrpaddress 是主 airnodeRrpAddress。RRP 合約已經部署在鏈上。

填充_rrpAddress 之後，單擊 “Deploy”。確認 MetaMask 上的交易，並等待它部署 Requester 合約。

確保是在 Goerli。

調用合約

當 QrngRequester 部署完成後，轉到 Deploy，運行交易，然後單擊已部署合約下的請求者並下拉列表。

現在選擇 setRequestParameters 並下拉菜單來設置所有的參數。

將以下內容添加到函數的相應字段中。

_airnode：所需 QRNG 服務提供者的 airnode 地址。從 ANU Airnode 查看它的值。
_endpointIdUint256： Airnode 端點 ID 將返回一個隨機數。從 ANU Airnode 查看它的值。
_sponsorWallet：一個由請求者合約地址、Airnode 地址和 Airnode xpub 派生的錢包。這個錢包用來支付 gas 費用，以獲得一個隨機數。贊助者錢包必須使用命令 derived -sponsor-wallet-address 從 Admin CLI 中派生。使用命令輸出的贊助者錢包地址的值。

在設置好 Airnode CLI，安裝並構建所有依賴項和包之後，運行以下命令來派生自己的_sponsorWallet。

Linux

npx @api3/airnode-admin derive-sponsor-wallet-address \  --airnode-xpub xpub6CUGRUo... \  --airnode-address 0xe1...dF05s \--sponsor-address0xF4...dDyu9

Windows

npx @api3/airnode-admin derive-sponsor-wallet-address ^  --airnode-xpub xpub6CUGRUo... ^  --airnode-address 0xe1...dF05s ^  --sponsor-address 0xF4...dDyu9

用一些測試網 ETH 資助 sponsorWallet。單擊交易按鈕並確認交易以設置參數。