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[導(dǎo)讀] 以太坊區(qū)塊鏈?zhǔn)褂眯薷暮蟮腗erkle Patricia樹進行狀態(tài)認證。這使區(qū)塊鏈節(jié)點在每個區(qū)塊的整個區(qū)塊鏈狀態(tài)上達成共識,并使輕客戶端可以為任何狀態(tài)信息創(chuàng)建Merkle證明。 但是自以太

以太坊區(qū)塊鏈?zhǔn)褂眯薷暮蟮腗erkle Patricia樹進行狀態(tài)認證。這使區(qū)塊鏈節(jié)點在每個區(qū)塊的整個區(qū)塊鏈狀態(tài)上達成共識,并使輕客戶端可以為任何狀態(tài)信息創(chuàng)建Merkle證明。

但是自以太坊初期以來就可以進行狀態(tài)Merkle證明驗證,但直到最近才將其添加到JSON RPC API中,因此很高興看到更多應(yīng)用程序利用此功能。

存儲Merkle證明僅對特定的trie root(即特定狀態(tài))有效。因此用戶或輕客戶端應(yīng)用程序應(yīng)該通過運行輕客戶端或信任由多個證明方進行多重簽名的狀態(tài)根來信任該狀態(tài)根:更安全。

賬戶和合約變量查詢

在本例中,我們將使用web3.py構(gòu)建一個merkle證明,證明指定的狀態(tài)根中包含鍵的某些值。

Web3.py尚不支持eth_getProof,因為在撰寫本文時并未合并PR。因此可以改用web3.py的這個fork:https://github.com/paouvrard/web3.py/tree/EIP-1186-eth_getProof

編輯(2019年10月):eth_getProof現(xiàn)在在web3.py和web3.js中可用,但在Metamask提供程序中不可用。

Web3.py連接到以太坊節(jié)點,并通過JSON RPC或IPC API eth_getProof進行狀態(tài)查詢并提供證明。

合約狀態(tài)變量查詢

簡單的Solidity合約,我們要在其中證明映射鍵的價值:

contract Proof {

string public greeting;

mapping (address =》 uint) public my_map;

constructor() public {

greeting = ‘Hello’;

my_map[msg.sender] = 33333;

}

}

驗證“ greeting”和“ my_map”的存儲證明:

from web3 import Web3, IPCProvider

from web3.middleware import geth_poa_middleware

from web3._utils.proof import verify_eth_getProof, storage_position

w3 = Web3(IPCProvider(。..))

w3.middleware_stack.inject(geth_poa_middleware, layer=0)

w3.eth.defaultAccount = Web3.toChecksumAddress(‘0x.。.’)

block = w3.eth.getBlock(‘latest’)

greeting = “0x0”

my_map_sender = storage_position(w3.eth.defaultAccount, “0x1”)

proof = w3.eth.getProof(contract_addr, [greeting, my_map_sender], block.number)

is_valid_proof = verify_eth_getProof(proof, block.stateRoot)

通過上面的腳本,我們現(xiàn)在可以構(gòu)建和驗證帳戶和合約變量的狀態(tài)Merkle證明。 請注意,verify_eth_getProof(…)僅驗證包含證明,并且如果包含排除證明,則將返回False。 可以通過eth.getProof(。..)返回的“proof”對象來驗證排除情況。

合約變量如何存儲在Patricia trie中?

為了存儲變量,EVM根據(jù)合約中定義變量的位置使用key:keccack(LeftPad32(key,0),LeftPad32(map position,0))。 此處有更多詳細信息:https://github.com/ethereum/wiki/wiki/JSON-RPC#eth_getstorageat。

web3.py分叉提供了方便的storage_position(),它返回所請求的映射密鑰的Patricia樹存儲密鑰。

作為比較,Aergo Lua VM在trie中使用key存儲變量狀態(tài)信息:hash(bytes(“ __ sv __” + variable_name + [“-”,var_index],‘utf-8’)),其中var_u index是可選的,用于映射的鍵或數(shù)組的索引。

證明驗證碼

這是一個很好的圖表,解釋了patricia樹中不同類型的節(jié)點:

來源:https://ethereum.stackexchange.com/questions/6415/eli5-how-does-a-merkle-patricia-trie-tree-work

?。郏荩╤ttp://bitoken.world/wp-content/uploads/2019/10/11.png)

python

下面的代碼通過迭代驗證節(jié)點(上圖中的extension、branch、leaf…)來驗證key值和expected_value。 如果Expected_value等于證明中包含的值,則返回true。

def _verify(expected_root, key, proof, key_index, proof_index, expected_value):

‘’‘ Iterate the proof following the key.

Return True if the value at the leaf is equal to the expected value.

@param expected_root is the expected root of the current proof node.

@param key is the key for which we are proving the value.

@param proof is the proof the key nibbles as path.

@param key_index keeps track of the index while stepping through

the key nibbles.

@param proof_index keeps track of the index while stepping through

the proof nodes.

@param expected_value is the key’s value expected to be stored in

the last node (leaf node) of the proof.

‘’‘

node = proof[proof_index]

dec = rlp.decode(node)

if key_index == 0:

# trie root is always a hash

assert keccak(node) == expected_root

elif len(node) 《 32:

# if rlp 《 32 bytes, then it is not hashed

assert dec == expected_root

else:

assert keccak(node) == expected_root

if len(dec) == 17:

# branch node

if key_index 》= len(key):

if dec[-1] == expected_value:

# value stored in the branch

return True

else:

new_expected_root = dec[nibble_to_number[key[key_index]]]

if new_expected_root != b’‘:

return _verify(new_expected_root, key, proof, key_index + 1, proof_index + 1,

expected_value)

elif len(dec) == 2:

# leaf or extension node

# get prefix and optional nibble from the first byte

(prefix, nibble) = dec[0][:1].hex()

if prefix == ’2‘:

# even leaf node

key_end = dec[0][1:].hex()

if key_end == key[key_index:] and expected_value == dec[1]:

return True

elif prefix == ’3‘:

# odd leaf node

key_end = nibble + dec[0][1:].hex()

if key_end == key[key_index:] and expected_value == dec[1]:

return True

elif prefix == ’0‘:

# even extension node

shared_nibbles = dec[0][1:].hex()

extension_length = len(shared_nibbles)

if shared_nibbles == key[key_index:key_index + extension_length]:

new_expected_root = dec[1]

return _verify(new_expected_root, key, proof,

key_index + extension_length, proof_index + 1,

expected_value)

elif prefix == ’1‘:

# odd extension node

shared_nibbles = nibble + dec[0][1:].hex()

extension_length = len(shared_nibbles)

if shared_nibbles == key[key_index:key_index + extension_length]:

new_expected_root = dec[1]

return _verify(new_expected_root, key, proof,

key_index + extension_length, proof_index + 1,

expected_value)

else:

# This should not be reached if the proof has the correct format

assert False

return True if expected_value == b’‘ else False

Solidity:TODO

結(jié)論

這是一個關(guān)于如何使用包含/排除證明(inclusion/exclusion)來查詢Solidity合約變量的快速概述。 eth_getStorageAt和eth_getProof實際上消除了在合約代碼中定義getter的需要,因為getProof API直接查詢了trie狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(獲取另一個合約變量的合約仍然需要getter)。

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