如何使用排除證明來查詢合約狀態(tài)變量
以太坊區(qū)塊鏈?zhǔn)褂眯薷暮蟮腗erkle Patricia樹進(jìn)行狀態(tài)認(rèn)證。這使區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)在每個區(qū)塊的整個區(qū)塊鏈狀態(tài)上達(dá)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(jìn)行狀態(tài)Merkle證明驗(yàn)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(yùn)行輕客戶端或信任由多個證明方進(jìn)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?yàn)樵谧珜懕疚臅r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(diǎn)，并通過JSON RPC或IPC API eth_getProof進(jìn)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(yàn)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(yàn)證帳戶和合約變量的狀態(tài)Merkle證明。 請注意，verify_eth_getProof（…）僅驗(yàn)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(yàn)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(xì)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(yàn)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(diǎn)：
來源：https://ethereum.stackexchange.com/questions/6415/eli5-how-does-a-merkle-patricia-trie-tree-work
！［］（http://bitoken.world/wp-content/uploads/2019/10/11.png）
python
下面的代碼通過迭代驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)（上圖中的extension、branch、leaf…）來驗(yàn)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(shí)際上消除了在合約代碼中定義getter的需要，因?yàn)間etProof 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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