Chainlink Oracle的基本使用

  • BY_DLIFE
  • 更新于 2024-08-21 10:59
  • 阅读 571

区块链就像黑匣子一样是完全封闭的,无法与外部世界连通,智能合约本身也无法连接链下数据。对于现实世界中的例如:天气,比赛分数以及航班信息等都无法获取,这也是智能合约最大的痛点,极大程度上限制了智能合约开发者的创造力,那么有什么办法可以解决吗?

0x00 Introduction

区块链就像黑匣子一样是完全封闭的,无法与外部世界连通,智能合约本身也无法连接链下数据。对于现实世界中的例如:天气,比赛分数以及航班信息等都无法获取,这也是智能合约最大的痛点,极大程度上限制了智能合约开发者的创造力,那么有什么办法可以解决吗?

答:当然是有的,预言机则充当这类角色,负责上传现实世界中的真实数据到智能合约。

预言机分为中心化预言机和去中心化预言机。

工作流程

image-20240819153831639.png

中心化预言机

负责上传现实世界的真实数据到智能合约的一个数据源,但是由于中心化的缘故,中心化预言机中不仅存在单点失败风险,而且还存在数据不安全风险,这又变相削弱了智能合约安全性的特性。

去中心化预言机

多个数据节点形成去中心预言机,每个节点都会收集数据,达成共识后输入到区块链的智能合约。而chainlink便是其中的一种。

  • 技术上:避免了单点失败风险。
  • 数据上:通过网络对多个数据源进行验证。

chainlink提供了Data Feed,VRF,Automation 等功能,目前采用的共识机制是取中位数。

0x01 Data Feed

Principle

业务流程

  • 数据提供商:负责收集价格数据,将价格数据提供给预言机。
  • 预言机节点:获得数据之后和预言机中的其他节点达成共识,随后将共识后的数据发送到chainlink部署到区块链中的智能合约,最后用户可以通过部署在区块链的智能合约获取到相应的价格数据。

image-20240819160638679.png

技术架构

采用代理模式,便于合约的升级。

使用流程如下:

image-20240819160819939.png

应用案例

image-20240819162942690.png

Reproduction

Tools: Foundry

Env: Sepolia

Data Source: https://docs.chain.link/data-feeds/price-feeds/addresses

Step:

  • step1: 初始化项目
forge init
  • step2:拉取相关库
forge install https://github.com/smartcontractkit/chainlink --no-commit
  • step3: 修改配置文件[create remappings]:write=> @chainlink/contracts=lib/chainlink/contracts
  • step4: write smart contracts,查询当前比特币的价格

查询合约:

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.20;

import "@chainlink/contracts/src/v0.8/shared/interfaces/AggregatorV3Interface.sol";

contract PriceFeed {
    AggregatorV3Interface priceFeed;

    constructor() {
        priceFeed = AggregatorV3Interface(
            0x1b44F3514812d835EB1BDB0acB33d3fA3351Ee43
        );
    }

    function getPrice() public view returns (int256 price) {
        (, price, , , ) = priceFeed.latestRoundData();
    }
}

部署合约:

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.20;

import {Script} from "forge-std/Script.sol";
import {PriceFeed} from "../src/DataFeed.sol";

contract DeployDataFeed is Script {
    function run() external returns(PriceFeed priceFeed) {
        vm.startBroadcast();
        priceFeed = new PriceFeed();
        vm.stopBroadcast();
    }
}

执行查询操作:

cast to-dec $(cast call 0x9AC6521008b6Cf909b0360db0B6819bBa895D559 "getPrice()" --rpc-url $env:s_rpc --private-key $env:s_pk)

image-20240819173927296.png

Effect

可以有效减少依赖单一数据源的风险,从而降低了价格被操作的可能性。

举个例子,假如某个项目的代币价格依赖于某个 dex,hacker可以通过闪电贷的功能,大幅度操纵dex的价格,达到操纵项目的代币价格,从而完成一系列的恶意操作。

0x02 VRF

Principle

链上方案:

image-20240819201307315.png

区块哈希在某种程度上容易被控制,因为区块中包含的内容是交易,交易哈希则是由这些交易所决定的,如果矿工是作恶节点,ta可以通过选择某些特定的交易进行打包,从而控制生成的随机数,进而达到操控随机数的目的。所以这种方式不可行,该作恶方式也被称为MEV

链下方案:

image-20240819201826722.png

随机数由链下的预言机生成,且不完全取决于区块哈希,同时预言机的私钥也参与运算。

  • 对于链上的矿工而言,尽管可以操控区块hash,但是也无法提前算出预言机的随机数。
  • 对于链下的预言机而言,尽管可以通过区块hash算出随机数,但是区块哈希对ta来说是一个不可预知的事物。

为了防止伪造随机数,chainlink预言机提供了可以验证的随机数。验证要点:

  • 随机数是否通过约定算法生成。
  • 用于生成随机数的种子是否为当时的区块哈希。

可验证随机数(VRF)的特点:

  • 可证明性
  • 独特性
  • 伪随机性
// VRF 是由3个函数组成
// 1. 密钥生成函数 
G(r) => (PK, SK)
PK: public key
SK: secret key

// 2. 随机数生成函数
E(SK, seed) => (Randomness, Proof)
seed: RNC的种子
Randomness: 随机数
Proof: 证明

// 3. 验证函数
V(PK, seed, Randomness, Proof) => (Trus or False)
True:  验证成功
False: 验证失败

业务流程

image-20240819203635589.png

  1. 预言机节点:生成密钥对,并且将公钥公开;
  2. 用户合约:发送交易请求随机数;
  3. 预言机节点:根据seed和私钥生成随机数和 proof;
  4. VRF合约:VRF合约通过预言机的PK和proof来验证随机数。

技术架构

image-20240819223645073.png

  1. 调用Consumer合约的函数请求随机数;
  2. 用户合约调用Coordinator合约的函数请求随机数;
  3. 将PreSeed写入Event log;
  4. 预言机读取 Event log 中的 PreSeed 和 Blockhash;
  5. 预言机通过 VRF 生成随机数和Proof;
  6. 预言机将 rc 和 proof 写入 Coordinator;
  7. Coordinator 进行验证 并且将随机数写入 Consumer 合约。

VRF使用场景

image-20240819224703175.png

Reproduction

Purpose:

/**
    1. register VRF subscription
    2. add consumer into subscription
    3. consumer -> request random number
    4. consumer <- receive random number
*/

Tools: Foundry

Env: Sepolia

Data Source:

Step:

  • step1

    image-20240820102041261.png

    • 创建订阅号

    image-20240819232220339.png

    • 添加 Link Token

    image-20240820100028940.png

    • 添加用户consumers

    image-20240820100254485.png

    • 可以看到 Subscription Id【v2.5 已更新为uint256类型】。
  • step2:订阅信息

    • PK Hash:不同价格的公钥哈希时效性不同,价格越高,一般响应速度越快。
    • Confirmation 数:表示多少个区块之后这笔交易才算成功。
    • numWords:申请随机数的个数,目前最多为500个。

    image-20240819231822454.png

  • step3:合约编写

    • 部署合约
    // SPDX-License-Identifier: MIT
    pragma solidity ^0.8.20;
    
    import {Script} from "forge-std/Script.sol";
    import {ChainlinkVRF} from "../src/ChainlinkVRF.sol";
    
    contract DeployChainlinkVRF is Script {
        function run() external returns(ChainlinkVRF chainlinkVRF) {
            vm.startBroadcast();
            chainlinkVRF = new ChainlinkVRF();
            vm.stopBroadcast();
        }
    }
    • 获取随机数合约
    // SPDX-License-Identifier: MIT
    pragma solidity ^0.8.20;
    
    import {IVRFCoordinatorV2Plus, VRFV2PlusClient} from "@chainlink/contracts/src/v0.8/vrf/dev/interfaces/IVRFCoordinatorV2Plus.sol";
    import {VRFConsumerBaseV2Plus} from "@chainlink/contracts/src/v0.8/vrf/dev/VRFConsumerBaseV2Plus.sol";
    
    // contract address : 0xD12546C3f4777fe85Cbb9101e4FC3a8e2D0D84fD
    contract ChainlinkVRF is VRFConsumerBaseV2Plus {
    
        IVRFCoordinatorV2Plus COORDINATOR;
        address vrfCoordinatorAddr = 0x9DdfaCa8183c41ad55329BdeeD9F6A8d53168B1B;
        uint256[] public s_randomWords;
    
        constructor() VRFConsumerBaseV2Plus(vrfCoordinatorAddr) {
            COORDINATOR = IVRFCoordinatorV2Plus(vrfCoordinatorAddr);
        }
    
        function requestRandomWrods(
            bytes32 keyHash,
            uint256 subId,
            uint16 requestConfirmations,
            uint32 callbackGasLimit,
            uint32 numWords
        ) external onlyOwnerOrCoordinator returns (uint256 requestId) {
            VRFV2PlusClient.RandomWordsRequest memory request = VRFV2PlusClient
                .RandomWordsRequest(
                    keyHash,
                    subId,
                    requestConfirmations,
                    callbackGasLimit,
                    numWords,
                    ""
                );
            requestId = COORDINATOR.requestRandomWords(request);
        }
    
        function fulfillRandomWords(
            uint256,
            uint256[] calldata randomWords
        ) internal override {
            s_randomWords = randomWords;
        }
    
        function getRandomWrods() external view returns (uint256[] memory) {
            return s_randomWords;
        }
    }
  • step4:将部署的地址添加到官网

    image-20240820175240728.png

  • step5:获取随机数并验证

    • 执行请求指令:
    cast send 0xD12546C3f4777fe85Cbb9101e4FC3a8e2D0D84fD "requestRandomWrods(by" tes32,uint256,uint16,uint32,uint32)" 0x787d74caea10b2b357790d5b5247c2f63d1d91572a9846f780606e4d953677ae 9345996778540633145599080787286650640079903515402078432104978623655322245466 3 300000 5 --rpc-url $env:s_rpc --private-key $env:s_pk 
    • 等待一段时间

    image-20240820221758907.png

    • 查看随机数
    cast call 0xD12546C3f4777fe85Cbb9101e4FC3a8e2D0D84fD "getRandomWrods()" --rpc-url $env:s_rpc --private-key $env:s_pk

    image-20240820195856205.png

    成功获取五个随机数,长度都是uint256类型的,如果不需要这么长,可以在实际开发中按需取模等。

Effect

通过链下预言机获取随机数可以防止被作恶矿工控制随机数,这也是 solidity CTF中一种常见的题型,用户可以通过控制block.timestampblock.difficulty等区块信息从而达到控制随机数的效果。

0x03 Automation

Principle

合约自动化执行: 顾名思义,合约执行执行。比如:当某个代币的价格达到某个指定的值或者区间的时候,合约会自动执行买入或者卖出的操作。

  • 手动DevOp&中心化服务器 和 Bounty模式

    image-20240820201747033.png

    这两种方式都存在一定的风险。

  • Chainlink Automation

     **业务流程**

    image-20240820220528331.png

    • 用户编写 upkeep合约,并注册到chainlink中;

    • 预言机会在每个区块中检查 CheckUpkeep,判断是否满足条件;

    • 如果CheckUpkeep条件不满足,则下一个区块继续检查;

    • 如果CheckUpkeep条件满足了,预言机则调用 keepers注册合约;

    • keepers注册合约调用用户合约perfomUpkeep

    技术架构

    image-20240820221758907.png

    注:CheckUpkeep是在链下预言机完成的,可以节省gas费。

    使用场景

    image-20240820223958744.png

Reproduction

Tools: Foundry

Env: Sepolia

Data Source: https://automation.chain.link/

需求

  • 假设有一个空投合约,当空投合约所有者将获胜者设置为“我”的时候,合约将自动领取
  • 空投合约自定义,奖励为100个Token

steps

  • step1:编写智能合约,并部署到 sepolia测试网上

    image-20240820232317567.png

  • step2:注册合约地址

    • image-20240820232711480.png
    • image-20240820232840988.png
    • image-20240820232929683.png
    • image-20240820233304740.png
    • image-20240821090929233.png
    • image-20240821091203172.png
  • step3:测试功能

    • 先查看UserKeeper合约是否获奖

       cast call 0xaCCd83C73663Ef519501a38FA0C26d1736b1CB5c "rewards(address)" 0x48a8423d88d492B929dDD60D36BdC112366Ae52e --rpc-url $env:s_rpc --private-key $env:s_pk
      
      # output=> 0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
    • 设置Airdrop合约中的获奖者

      cast send 0xaCCd83C73663Ef519501a38FA0C26d1736b1CB5c "setWinner(address)" 0x48a8423d88d492B929dDD60D36BdC112366Ae52e --rpc-url $env:s_rpc --private-key $env:s_pk

    image-20240821092208407.png

    • 再次查看UserKeeper合约是否获奖

      image-20240821092257485.png

      可以看到,此时UserKeeper已获奖【100】,再去Chainlink中查看操作记录 image-20240821092412532.png

    • 测试合约

    // SPDX-License-Identifier: MIT
    pragma solidity ^0.8.20;
    
    import {AutomationCompatibleInterface} from "@chainlink/contracts/src/v0.8/automation/interfaces/AutomationCompatibleInterface.sol";
    
    // contract address => 0x48a8423d88d492B929dDD60D36BdC112366Ae52e
    contract UserKeeper is AutomationCompatibleInterface {
        Airdrop public airdrop;
    
        constructor() {
            airdrop = new Airdrop();
        }
    
        function checkUpkeep(
            bytes calldata
        )
            external
            view
            override
            returns (bool upkeepNeeded, bytes memory performData)
        {
            if (airdrop.winner() == address(this)) {
                return (true, "");
            }
        }
    
        function performUpkeep(bytes calldata) external override {
            airdrop.airdrop();
        }
    }
    
    // contract address => 0xaCCd83C73663Ef519501a38FA0C26d1736b1CB5c
    contract Airdrop {
        mapping(address => uint256) public rewards;
        address public owner;
        address public winner;
    
        constructor() {
            owner = tx.origin; // there is a risk
        }
    
        modifier onlyOwner() {
            require(msg.sender == owner);
            _;
        }
    
        function setWinner(address _winner) external onlyOwner {
            winner = _winner;
        }
    
        function airdrop() external {
            require(msg.sender == winner, "You are not the winner.");
            rewards[msg.sender] = 100;
        }
    }
    • 部署合约
    // SPDX-License-Identifier: MIT
    pragma solidity ^0.8.20;
    
    import {Script} from "forge-std/Script.sol";
    import {UserKeeper, Airdrop} from "../src/Automation.sol";
    
    contract DeployAutomation is Script {
        function run() external returns (UserKeeper userKeeper, Airdrop airdrop) {
            vm.startBroadcast();
            userKeeper = new UserKeeper();
            airdrop = userKeeper.airdrop();
            vm.stopBroadcast();
        }
    }
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立志成为一名优秀的智能合约审计师、智能合约开发工程师,文章内容为个人理解,如有错误,欢迎在评论区指出。