Merkle樹——驗證NFT白名單
文末有實戰(zhàn)教程，評論區(qū)留下你的實戰(zhàn)心得吧！
在我們今天所知道和喜愛的區(qū)塊鏈出現(xiàn)之前，默克爾樹一直是密碼學和計算機科學領(lǐng)域的一個方面。如今，我們開始慢慢看到它們在鏈上更頻繁地被用于數(shù)據(jù)驗證的目的。
1. 什么是默克爾樹？
默克爾樹是一種樹狀結(jié)構(gòu)，樹上的每個節(jié)點都由一個值表示，這個值是一些加密哈希函數(shù)的結(jié)果。哈希函數(shù)是單向的，從一個輸入產(chǎn)生一個輸出很容易，但從一個輸出確定一個輸入在計算上是不可行的。默克爾樹有3種類型的節(jié)點，如下所示：
- 葉子節(jié)點 - 葉子節(jié)點位于樹的最底部，它們的值是原始數(shù)據(jù)的哈希值。一棵樹上有多少個葉子節(jié)點，就有多少個需要哈希的原始數(shù)據(jù)。例如，如果有7個數(shù)據(jù)需要被哈希，就會有7個葉子節(jié)點。
- 父節(jié)點 - 父節(jié)點可以位于樹的不同層次，這取決于整個樹的大小，父節(jié)點總是位于葉節(jié)點之上。父節(jié)點的值是由它下面的節(jié)點的哈希值決定的，通常從左到右開始。由于不同的輸入總是會產(chǎn)生不同的哈希值，不考慮哈希值的碰撞，節(jié)點哈希值的連接順序很重要。
- 根節(jié)點 - 根節(jié)點位于樹的頂端，由位于它下面的兩個父節(jié)點的哈希值連接而成，同樣從左到右開始。任何默克爾樹上都只有一個根節(jié)點，根節(jié)點擁有根哈希值。
2. 默克爾樹結(jié)構(gòu)
簡化它
3. 為什么需要默克爾樹？
3.1 背景
在NFT（ERC-721）的背景下使用Merkle樹，白名單為選定的參與者群體保留一定數(shù)量的代幣。
白名單地址將會預先計算成Merkle對象。
在這種情況下，可以讓一個葉子節(jié)點代表我們白名單中的一個錢包地址的哈希值。
3.2 痛點
前面提到過哈希函數(shù)是單向的——從一個輸入產(chǎn)生一個輸出很容易，但從一個輸出確定一個輸入在計算上是不可行的，并且連接順序也將決定結(jié)果。
Example:
hash（hash1,hash2） != hash(hash2,hash1)
在NFT白名單實例中，將會使用哈希值進行數(shù)據(jù)安全驗證。
因此在這種情況下，直系驗證是非常困難的，需要非常大的計算量和資源。
傳統(tǒng)驗證
驗證根哈希值是否相同，這看似很簡單，但問題就在于，當你去驗證一個地址時，到底將該地址哈希與哪個葉子哈希值進行替換并驗證？這是很難計算得知的。
根哈希驗證的另一個難點（了解即可）
3.3 如何解決——取得默克爾證明
Merkle樹妙處在于它根本不需要與根哈希，父哈希等等進行等量校對。
如果試圖驗證一個葉子節(jié)點屬于我們的樹，只需要知道直接相鄰的葉子節(jié)點哈希值(如果有的話)，以及葉子節(jié)點正上方相鄰的父節(jié)點哈希值就可以了。
如果這個Merkle樹有四層，五層甚至一百層，那么返回的哈希值數(shù)量將會相應(yīng)增長！
4. 實戰(zhàn)
實戰(zhàn)將會帶你實例化默克爾樹對象以及取得默克爾樹驗證！
4.1 JavaScript實現(xiàn)
安裝
npm i -D merkletreejs keccak256
merkletree.js
const {MerkleTree} = require('merkletreejs')
const keccak256 = require('keccak256')
let whitelistAddresses = [
"0x262bCDeEf90181676BDC0a247A1954666F8a2815",
"0x262bCDeEf90181676BDC0a247A1954666F8a2816",
"0x262bCDeEf90181676BDC0a247A1954666F8a2817",
"0x262bCDeEf90181676BDC0a247A1954666F8a2818",
"0x262bCDeEf90181676BDC0a247A1954666F8a2819",
"0x262bCDeEf90181676BDC0a247A1954666F8a2820",
"0x262bCDeEf90181676BDC0a247A1954666F8a2821"
]
//buffer化葉子結(jié)點
const leafNodes = whitelistAddresses.map(addr => keccak256(addr))
//實例化默克爾樹
const merkleTree = new MerkleTree(leafNodes,keccak256,{sortPairs:true});
//獲取根哈希值
const rootHash = merkleTree.getRoot();
console.log('Whitelist Merkle Tree\n',merkleTree.toString())
//定義你所需要驗證的地址
const claimingAddress = leafNodes[0]
//取得默克爾樹證明
const hexProof = merkleTree.getHexProof(claimingAddress)
console.log(`Merkle Proof for Address is\n`,hexProof)
//當你傳入一個錯誤的白名單地址時
const errAddress = keccak256('0x98D9897e0F0389158978B384E6ecF3cf93153876');
//取得默克爾證明
const hexProof1 = merkleTree.getHexProof(errAddress)
//將會得到空數(shù)組！
console.log(`Merkle Proof for error Address is\n`,hexProof1)
測試結(jié)果
由于該默克爾樹是由七個葉子節(jié)點組成的，所以這是一個三層結(jié)構(gòu)的樹，因此默克爾證明將會取得三個哈希值作為憑證。當樹結(jié)構(gòu)為五層，六層… 默克爾證明的哈希值數(shù)量會對應(yīng)增加！
4.2 智能合約實現(xiàn)
Merkletree.sol
// SPDX-License-Identifier: SEE LICENSE IN LICENSE
pragma solidity ^0.8.0;
//導入默克爾樹智能合約
import "https://github.com/OpenZeppelin/openzeppelin-contracts/blob/master/contracts/utils/cryptography/MerkleProof.sol";
contract Merkletree{
//該根哈希值需要你用到剛剛js生成的merkle樹的根哈希（記得加上0x）
bytes32 public merkleRoot = 0x3a6036ef5f6da50ea7f3dc72c7c83c1e6d5be6cded8ad495fb4b0bb870f1c093;
//記錄白名單是否被使用過
mapping(address => bool) public whitelistClaimed;
//使用白名單函數(shù)
function whitelistMint(bytes32[] calldata _merkleProof) public{
//要求白名單沒有被使用過
require(!whitelistClaimed[msg.sender],"Address has already claimed");
//初始化葉子哈希
bytes32 leaf = keccak256(abi.encodePacked(msg.sender));
//將葉子哈希傳入merkle樹驗證，查看是否是白名單
require(MerkleProof.verify(_merkleProof, merkleRoot , leaf),"Invalid proof");
//是白名單，記錄該白名單使用過
whitelistClaimed[msg.sender] = true;
}
}
5. 總結(jié)
Merkle樹是區(qū)塊鏈中非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它的應(yīng)用極大地減小了哈希安全驗證的難度，提高了合約安全程度，減少了被攻擊成功的可能性。
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到了這里，關(guān)于你真的了解區(qū)塊鏈嗎？揭秘白名單背后的技術(shù)原理(附白名單實戰(zhàn)教程)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
