# WTF Solidity极简入门: 39. 链上随机数 By [0xAA](https://paragraph.com/@wtfacademy) · 2022-07-19 --- 我最近在重新学solidity，巩固一下细节，也写一个“WTF Solidity极简入门”，供小白们使用（编程大佬可以另找教程），每周更新1-3讲。 **推特**：[@WTFAcademy\_](https://twitter.com/WTFAcademy_) ｜[@0xAA\_Science](https://twitter.com/0xAA_Science) **WTF Academy社群：** [官网 wtf.academy](https://wtf.academy) | [discord](https://discord.wtf.academy) | [微信群申请](https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSe4KGT8Sh6sJ7hedQRuIYirOoZK_85miz3dw7vA1-YjodgJ-A/viewform?usp=sf_link) 所有代码和教程开源在github: [github.com/AmazingAng/WTFSolidity](https://github.com/AmazingAng/WTFSolidity) * * * 很多以太坊上的应用都需要用到随机数，例如`NFT`随机抽取`tokenId`、抽盲盒、`gamefi`战斗中随机分胜负等等。但是由于以太坊上所有数据都是公开透明（`public`）且确定性（`deterministic`）的，它没法像其他编程语言一样给开发者提供生成随机数的方法。这一讲我们将介绍链上（哈希函数）和链下（`chainlink`预言机）随机数生成的两种方法，并利用它们做一款`tokenId`随机铸造的`NFT`。 链上随机数生成 ------- 我们可以一些链上的全局变量作为种子，利用`keccak256()`哈希函数来获取伪随机数。这是因为哈希函数具有灵敏性和均一性，可以得到“看似”随机的结果。下面的`getRandomOnchain()`函数利用全局变量`block.number`，`msg.sender`和`blockhash(block.timestamp-1)`作为种子来获取随机数： /** * 链上伪随机数生成 * 利用keccak256()打包一些链上的全局变量/自定义变量 * 返回时转换成uint256类型 */ function getRandomOnchain() public view returns(uint256){ // remix运行blockhash会报错 bytes32 randomBytes = keccak256(abi.encodePacked(block.number, msg.sender, blockhash(block.timestamp-1))); return uint256(randomBytes); } 注意，这个方法并不安全： * 首先，`block.number`，`msg.sender`和`blockhash(block.timestamp-1)`这些变量都是公开的，使用者可以预测出用这些种子生成出的随机数，并挑出他们想要的随机数执行合约。 * 其次，矿工可以操纵`blockhash`和`block.timestamp`，使得生成的随机数符合他的利益。 尽管如此，由于这种方法是最便捷的链上随机数生成方法，大量项目方依靠它来生成不安全的随机数，包括知名的项目`meebits`，`loots`等。当然，这些项目也无一例外的被[攻击](https://forum.openzeppelin.com/t/understanding-the-meebits-exploit/8281)了：攻击者可以铸造任何他们想要的稀有`NFT`，而非随机抽取。 链下随机数生成 ------- 我们可以在链下生成随机数，然后通过预言机把随机数上传到链上。`Chainlink`提供`VRF`（可验证随机函数）服务，链上开发者可以支付`LINK`代币来获取随机数。 `Chainlink VRF`有两个版本，因为第二个版本需要官网注册并预付费，且用法类似，这里只介绍第一个版本`VRF v1`。 ### 使用Chainlink VRF ![Chainlink VRF](https://storage.googleapis.com/papyrus_images/e951dee423a201c9904635e01e69536ab0c37c226445231b19c21cebc47e96a9.png) Chainlink VRF 我们将用一个简单的合约介绍如何使用`Chainlink VRF`。`RandomNumberConsumer`合约可以向`VRF`请求一个随机数，并存储在状态变量`randomResult`中。 **1\. 用户合约继承**`VRFConsumerBase`并转入`LINK`代币 为了使用`VRF`获取随机数，合约需要继承`VRFConsumerBase`合约，并在构造函数中初始化`VRF Coordinator`地址，`LINK`代币地址，唯一标识符`Key Hash`，和使用费用`fee`。 **注意:** 不同链对应不同的参数，在[这里](https://docs.chain.link/docs/vrf-contracts/v1/)查询。 教程中我们使用`Rinkeby`测试网。部署好合约后，用户需要向合约转一些`LINK`代币，测试网的`LINK`代币可以从[LINK水龙头](https://faucets.chain.link/)领取。 // SPDX-License-Identifier: MIT pragma solidity ^0.8.4; import "@chainlink/contracts/src/v0.8/VRFConsumerBase.sol"; contract RandomNumberConsumer is VRFConsumerBase { bytes32 internal keyHash; // VRF唯一标识符 uint256 internal fee; // VRF使用手续费 uint256 public randomResult; // 存储随机数 /** * 使用chainlink VRF，构造函数需要继承 VRFConsumerBase * 不同链参数填的不一样 * 网络: Rinkeby测试网 * Chainlink VRF Coordinator 地址: 0xb3dCcb4Cf7a26f6cf6B120Cf5A73875B7BBc655B * LINK 代币地址: 0x01BE23585060835E02B77ef475b0Cc51aA1e0709 * Key Hash: 0x2ed0feb3e7fd2022120aa84fab1945545a9f2ffc9076fd6156fa96eaff4c1311 */ constructor() VRFConsumerBase( 0xb3dCcb4Cf7a26f6cf6B120Cf5A73875B7BBc655B, // VRF Coordinator 0x01BE23585060835E02B77ef475b0Cc51aA1e0709 // LINK Token ) { keyHash = 0x2ed0feb3e7fd2022120aa84fab1945545a9f2ffc9076fd6156fa96eaff4c1311; fee = 0.1 * 10 ** 18; // 0.1 LINK (VRF使用费，Rinkkeby测试网) } **2\. 用户合约申请随机数** 用户可以调用从`VRFConsumerBase`合约继承来的`requestRandomness()`申请随机数，并返回申请标识符`requestId`。这个申请会传递给`VRF`合约。 /** * 向VRF合约申请随机数 */ function getRandomNumber() public returns (bytes32 requestId) { // 合约中需要有足够的LINK require(LINK.balanceOf(address(this)) >= fee, "Not enough LINK - fill contract with faucet"); return requestRandomness(keyHash, fee); } **3.** `Chainlink`节点链下生成随机数和[数字签名](https://github.com/AmazingAng/WTFSolidity/blob/main/37_Signature/readme.md)，并发送给`VRF`合约 **4.** `VRF`合约验证签名有效性 **5\. 用户合约接收并使用随机数** 在`VRF`合约验证签名有效之后，会自动调用用户合约的回退函数`fulfillRandomness()`，将链下生成的随机数发送过来。用户要把消耗随机数的逻辑写在这里。 **注意:** 用户申请随机数时调用的`requestRandomness()`和`VRF`合约返回随机数时调用的回退函数`fulfillRandomness()`是两笔交易，调用者分别是用户合约和`VRF`合约，后者比前者晚几分钟（不同链延迟不一样）。 /** * VRF合约的回调函数，验证随机数有效之后会自动被调用 * 消耗随机数的逻辑写在这里 */ function fulfillRandomness(bytes32 requestId, uint256 randomness) internal override { randomResult = randomness; } `tokenId`随机铸造的`NFT` ------------------- 这一节，我们将利用链上和链下随机数来做一款`tokenId`随机铸造的`NFT`。`Random`合约继承`ERC721`和`VRFConsumerBase`合约。 // SPDX-License-Identifier: MIT pragma solidity ^0.8.4; import "https://github.com/AmazingAng/WTFSolidity/blob/main/34_ERC721/ERC721.sol"; import "@chainlink/contracts/src/v0.8/VRFConsumerBase.sol"; contract Random is ERC721, VRFConsumerBase{ ### 状态变量 * `NFT`相关 * `totalSupply`：`NFT`总供给。 * `ids`：数组，用于计算可供`mint`的`tokenId`，见`pickRandomUniqueId()`函数。 * `mintCount`：已经`mint`的数量。 * `Chainlink VRF`相关 * `keyHash`:`VRF`唯一标识符。 * `fee`：`VRF`手续费。 * `requestToSender`：记录申请`VRF`用于铸造的用户地址。 // NFT相关 uint256 public totalSupply = 100; // 总供给 uint256[100] public ids; // 用于计算可供mint的tokenId uint256 public mintCount; // 已mint数量 // chainlink VRF相关 bytes32 internal keyHash; uint256 internal fee; // 记录VRF申请标识对应的mint地址 mapping(bytes32 => address) public requestToSender; ### 构造函数 初始化继承的`VRFConsumerBase`和`ERC721`合约的相关变量。 /** * 使用chainlink VRF，构造函数需要继承 VRFConsumerBase * 不同链参数填的不一样 * 网络: Rinkeby测试网 * Chainlink VRF Coordinator 地址: 0xb3dCcb4Cf7a26f6cf6B120Cf5A73875B7BBc655B * LINK 代币地址: 0x01BE23585060835E02B77ef475b0Cc51aA1e0709 * Key Hash: 0x2ed0feb3e7fd2022120aa84fab1945545a9f2ffc9076fd6156fa96eaff4c1311 */ constructor() VRFConsumerBase( 0xb3dCcb4Cf7a26f6cf6B120Cf5A73875B7BBc655B, // VRF Coordinator 0x01BE23585060835E02B77ef475b0Cc51aA1e0709 // LINK Token ) ERC721("WTF Random", "WTF") { keyHash = 0x2ed0feb3e7fd2022120aa84fab1945545a9f2ffc9076fd6156fa96eaff4c1311; fee = 0.1 * 10 ** 18; // 0.1 LINK (VRF使用费，Rinkkeby测试网) } ### 其他函数 除了构造函数以外，合约里还定义了`5`个函数。 * `pickRandomUniqueId()`：输入随机数，获取可供`mint`的`tokenId`。 * `getRandomOnchain()`：获取链上随机数（不安全）。 * `mintRandomOnchain()`：利用链上随机数铸造`NFT`，调用了`getRandomOnchain()`和`pickRandomUniqueId()`。 * `mintRandomVRF()`：申请`Chainlink VRF`用于铸造随机数。由于使用随机数铸造的逻辑在回调函数`fulfillRandomness()`，而回调函数的调用者是`VRF`合约，而非铸造`NFT`的用户，这里必须利用`requestToSender`状态变量记录`VRF`申请标识符对应的用户地址。 * `fulfillRandomness()`：`VRF`的回调函数，由`VRF`合约在验证随机数真实性后自动调用，用返回的链下随机数铸造`NFT`。 /** * 输入uint256数字，返回一个可以mint的tokenId */ function pickRandomUniqueId(uint256 random) private returns (uint256 tokenId) { uint256 len = totalSupply - mintCount++; // 可mint数量 require(len > 0, "mint close"); // 所有tokenId被mint完了 uint256 randomIndex = random % len; // 获取链上随机数 tokenId = ids[randomIndex] != 0 ? ids[randomIndex] : randomIndex; // 获取tokenId ids[randomIndex] = ids[len - 1] == 0 ? len - 1 : ids[len - 1]; // 更新ids 列表 ids[len - 1] = 0; // 删除最后一个元素 } /** * 链上伪随机数生成 * keccak256(abi.encodePacked()中填上一些链上的全局变量/自定义变量 * 返回时转换成uint256类型 */ function getRandomOnchain() public view returns(uint256){ // remix跑blockhash会报错 bytes32 randomBytes = keccak256(abi.encodePacked(block.number, msg.sender, blockhash(block.timestamp-1))); return uint256(randomBytes); } // 利用链上伪随机数铸造NFT function mintRandomOnchain() public { uint256 _tokenId = pickRandomUniqueId(getRandomOnchain()); // 利用链上随机数生成tokenId _mint(msg.sender, _tokenId); } /** * 调用VRF获取随机数，并mintNFT * 要调用requestRandomness()函数获取，消耗随机数的逻辑写在VRF的回调函数fulfillRandomness()中 * 调用前，把LINK代币转到本合约里 */ function mintRandomVRF() public returns (bytes32 requestId) { // 检查合约中LINK余额 require(LINK.balanceOf(address(this)) >= fee, "Not enough LINK - fill contract with faucet"); // 调用requestRandomness获取随机数 requestId = requestRandomness(keyHash, fee); requestToSender[requestId] = msg.sender; return requestId; } /** * VRF的回调函数，由VRF Coordinator调用 * 消耗随机数的逻辑写在本函数中 */ function fulfillRandomness(bytes32 requestId, uint256 randomness) internal override { address sender = requestToSender[requestId]; // 从requestToSender中获取minter用户地址 uint256 _tokenId = pickRandomUniqueId(randomness); // 利用VRF返回的随机数生成tokenId _mint(sender, _tokenId); } 总结 -- 在`Solidity`中生成随机数没有其他编程语言那么容易。这一讲我们将介绍链上（哈希函数）和链下（`chainlink`预言机）随机数生成的两种方法，并利用它们做一款`tokenId`随机铸造的`NFT`。这两种方法各有利弊：使用链上随机数高效，但是不安全；而链下随机数生成依赖于第三方提供的预言机服务，比较安全，但是没那么简单经济。项目方要根据业务场景来选择适合自己的方案。 --- *Originally published on [0xAA](https://paragraph.com/@wtfacademy/wtf-solidity-39)*