如何在智能合约中使用 ANU 的量子随机数生成器

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。

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

作者：Vansh Wassan

原用标题（译后）：指南：在智能合约中使用 ANU 的量子随机数生成器

编译：ChinaDeFi

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。

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

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？

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：

$gitclonehttps://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

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。

//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。

现在，点击仪表板右侧的 compile 并编译智能合约。

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。

_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。

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。

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

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

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

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

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)。

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。

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