在智能合约中使用 ANU 的量子随机数生成器

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更新于 2022-10-19 16:43
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为了满足智能合约对随机性的需求，去中心化伪随机数生成器是一种常用的方法。

![微信图片_20221019160945.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/HwK9VIZQ634fb64f9f184.jpg!/scale/50)
照片由FLY:D发布在Unsplash上

[随机数](https://learnblockchain.cn/article/1083)生成器(RNG)一直是使用智能合约时最大的问题之一。确定性虚拟机无法产生“真正的”随机性。

为了满足智能合约对随机性的需求，去中心化伪随机数生成器是一种常用的方法。最常用的方法之一是Chainlink的VRF或可验证随机函数，它在链上提供密码可证明的随机数。它生成一个链下随机数和用于验证结果的加密证明。

然而，这种配置与其他第三方预言机网络存在相同的问题。设置一个可以提供PRNG的预言机节点会暴露潜在的攻击载体，比如女巫攻击，也缺乏源透明性和去中心化。例如，需要信任治理实体来选择网络参与者，这意味着去中心化的PRNG只与治理实体一样安全和去中心化。

## 量子随机数生成

QRNG通过量子现象产生随机性。它使用一个“真正的”熵源，利用量子物理的独特特性来产生真正的随机性。

实现QRNG的方法各不相同，但共同点是得到的数字将是真正随机的，因为量子事件的结果在理论上是不确定的。因此，QRNG是随机数生成的黄金标准。

**澳大利亚国立大学的QRNG Airnode**

![1.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/pQIMbchz634fb66cda913.jpg!/scale/50)

正如我们已经讨论过的，通过第三方预言机网络提供RNG会为攻击载体打开大门。但是由QRNG API提供商直接运营的第一方预言机 (airnode)会以最佳方式应对女巫攻击风险。

API3 QRNG是澳大利亚国立大学(ANU)提供的公共实用程序。它由ANU量子随机数托管的Airnode提供动力，这也意味着它是第一方服务。澳大利亚国立大学的量子光学部是该领域世界领先的研究机构之一。该部门还运行一个REST API，即量子随机数API，以服务于Web2中的QRNG。

它作为一种公共产品，所以也是免费的(除了gas成本)，当需要链上RNG时，它通过一个易于使用的解决方案提供了“真正的”量子随机性。

**Airnode和API3 QRNG是如何工作的？**

![2.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/l7VkTjql634fb67d30c3a.jpg!/scale/50)

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

首先，我们需要使用能够匹配上的赞助者钱包进行部署并赞助QrngRequester。QrngRequester将是检索随机数的主合约。

QrngRequester向AirnodeRrpV0提交一个随机数请求。Airnode从AirnodeRrpV0协议合约中收集请求，从链下检索随机数，并将其发送回AirnodeRrpV0。一旦接收到，它将使用随机数执行回调到请求程序。

**编码QrngRequester.sol**

**开始**

请确保已安装以下软件：

- Node.js

- yarn/NPM

另外，请确保已经克隆并安装了Airnode Monorepo。如果还没有，用以下命令克隆Airnode Monorepo：

```js
$ git clone https://github.com/api3dao/airnode.git 
```
要安装依赖项，请执行以下步骤:

```js
$ yarn run bootstrap
```
要构建所有的包，使用这个命令：

```js
$ yarn run build
```

## 编制合约

为了编译QrngRequester合约，我们将使用Remix IDE。它是一个在线IDE，可以为与EVM兼容的区块链开发、部署和管理智能合约。

```js
//SPDX-License-Identifier: MIT
pragma 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有三个主要函数：setRequestParameters()， makeRequestUint256()和fulfillUint256()。

- setRequestParameters()函数接受airnode、endpointIdUint256、sponsorWallet并设置这些参数。

- makeRequestUint256()函数调用协议合约的airnodeRrp.makeFullRequest()函数，该函数将请求添加到其存储中并返回一个requestId。

- 目标链下ANU Airnode收集请求并使用随机数向请求者执行回调。

## 请求参数

makeRequestUint256()函数需要以下参数发出有效请求。

- airnode (地址)和endpointiduint256指定端点。

- sponsorWallet指定将使用哪个钱包来完成请求。

## 响应参数

对QrngRequester的回调包含两个参数：

- requestId：在发出请求时会被首次获取，并在这里作为参考传递，以识别响应所针对的请求。

- data：在成功响应的情况下，这是已被编码的请求数据，除了其他响应数据外，还包含时间戳。使用abi对象中的Decode()函数对其进行解码，以获得随机数。

转到Remix IDE，创建一个合约，并将其粘贴到QrngRequester代码中。

![3.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/YuHrv0Qg634fb72ea71e3.jpg)

现在，点击仪表板右侧的compile并编译智能合约。

![4.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/Ap5EuhVr634fb73cb7ce8.jpg)

## 部署合约

我们将把我们的QrngRequester部署到Goerli。确保钱包中有足够的测试网ETH来部署合约，并在以后资助sponsorWallet。

转到部署，运行交易，并在环境下选择“Injected Provider — MetaMask”选项。连接MetaMask。确保是在Goerli。

![5.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/TXCp6sPB634fb74cd7678.jpg)

_rrpaddress是主airnodeRrpAddress。RRP合约已经部署在链上。

填充_rrpAddress之后，单击“Deploy”。确认MetaMask上的交易，并等待它部署Requester合约。

![6.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/38FUXs5b634fb766aeede.jpg)

确保是在Goerli。

## 调用合约

当QrngRequester部署完成后，转到Deploy，运行交易，然后单击已部署合约下的请求者并下拉列表。

现在选择setRequestParameters并下拉菜单来设置所有的参数。

![7.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/wIAVHR67634fb77d76b4a.jpg)

将以下内容添加到函数的相应字段中。

- _airnode：所需QRNG服务提供者的airnode地址。从ANU Airnode查看它的值。

- _endpointIdUint256： Airnode端点ID将返回一个随机数。从ANU Airnode查看它的值。

- _sponsorWallet：一个由请求者合约地址、Airnode地址和Airnode xpub派生的钱包。这个钱包用来支付gas费用，以获得一个随机数。赞助者钱包必须使用命令derived -sponsor-wallet-address从Admin CLI中派生。使用命令输出的赞助者钱包地址的值。

在设置好Airnode CLI，安装并构建所有依赖项和包之后，运行以下命令来派生自己的_sponsorWallet。

## Linux

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

--sponsor-address 0xF4...dDyu9
```

## Windows

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

--sponsor-address 0xF4...dDyu9
```

![8.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/ef6j3BOe634fb7baeceea.jpg)

用一些测试网ETH资助sponsorWallet。单击交易按钮并确认交易以设置参数。

![9.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/gPbH8Im8634fb7c15aff1.jpg)

发出请求，单击makeRequestUint256按钮调用函数，并发出完整的请求。

![10.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/GtPug600634fb7cb63fc8.jpg)

现在可以前往并检查自己的新交易了。https://goerli.etherscan.io/sponsorWallet`

可能需要等待一段时间，因为Airnode调用AirnodeRrpV0.sol中的fulfill()函数，它将使用函数fulfillment functionid在fulfillAddress处回调请求者合约来传递数据(随机数)。

![11.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/WuDUwzoq634fb7dca75ec.jpg)

在这里，我们可以看到最新的fulfillment交易。

现在回到Remix并点击latestRequest按钮检查响应。

![12.jpg](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2022/10/KlLdW1yj634fb7e552a76.jpg)

如果回调已经成功完成，randomNumber将会出现。waitingFulfillment的值将为假。

Source：https://medium.com/better-programming/a-guide-to-using-anus-quantum-random-number-generator-in-your-smart-contracts-21be5bed5aba

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照片由FLY:D发布在Unsplash上

随机数生成器(RNG)一直是使用智能合约时最大的问题之一。确定性虚拟机无法产生“真正的”随机性。

量子随机数生成

QRNG通过量子现象产生随机性。它使用一个“真正的”熵源，利用量子物理的独特特性来产生真正的随机性。

实现QRNG的方法各不相同，但共同点是得到的数字将是真正随机的，因为量子事件的结果在理论上是不确定的。因此，QRNG是随机数生成的黄金标准。

澳大利亚国立大学的QRNG Airnode

它作为一种公共产品，所以也是免费的(除了gas成本)，当需要链上RNG时，它通过一个易于使用的解决方案提供了“真正的”量子随机性。

Airnode和API3 QRNG是如何工作的？

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

首先，我们需要使用能够匹配上的赞助者钱包进行部署并赞助QrngRequester。QrngRequester将是检索随机数的主合约。

编码QrngRequester.sol

开始

请确保已安装以下软件：

Node.js
yarn/NPM

另外，请确保已经克隆并安装了Airnode Monorepo。如果还没有，用以下命令克隆Airnode Monorepo：

$ git clone https://github.com/api3dao/airnode.git

要安装依赖项，请执行以下步骤:

$ yarn run bootstrap

要构建所有的包，使用这个命令：

$ yarn run build

编制合约