Chainlink基本原理
本文我們來從技術(shù)上簡述一下Chainlink的基本原理。如果用最短的一句話解釋什么是Chainlink，可以說Chainlink一個去中心化的預言機項目，所以為了理解Chainlink的工作原理，我們首先要明白什么是預言機。
預言機
預言機的英文為Oracle，和著名的數(shù)據(jù)庫服務(wù)提供商Oracle（甲骨文）重名，但是兩者除了名字相同以為并沒有任何關(guān)系。Oracle這個單詞是什么意思，下面是我在vocabulary.com上查到的Oracle的含義：
Back in ancient times， an oracle was someone who offered advice or a prophecy thought to have come directly from a divine source. In modern usage， any good source of informaTIon can be called an oracle.
中文的大概意思是：在古代，oracle是一個提出建議或預言的人，他的建議或預言被認為是直接來自于神。在現(xiàn)代用法中，任何好的信息來源都可以稱為oracle。
這樣就不難理解了，Oracle傳達了萬能全知的神的旨意，而甲骨文最初就是用來占卜吉兇時的記錄，也在當時也被認為是神諭，傳達了神的意思。所以不管是“預言機”還是“甲骨文”都表達了“信息源”的意思。
計算機領(lǐng)域內(nèi)的預言機一詞，最早是圖靈提出的。圖靈在圖靈機（Turing Machine）的基礎(chǔ)上，加入了一個稱為預言者（oracle）的黑盒，組成了預言機（Oracle Machine）。所謂預言者，是一個可以回答特定問題集合的實體。即它可以向圖靈機系統(tǒng)內(nèi)部輸入信息，幫助圖靈機完成運算。以太坊的智能合約是“圖靈完備（Turing Complete）”的，某種意義上可以看做一個圖靈機，所以以太坊的設(shè)計者借鑒這個概念，把向“圖靈完備的智能合約”這個圖靈機輸入信息的也被稱為預言機oracle。所以說“預言機”這個名字并不是區(qū)塊鏈技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的獨創(chuàng)概念，它來源于非常早期的計算機抽象設(shè)計，在密碼學等領(lǐng)域內(nèi)也都有類似的概念。
而在區(qū)塊鏈領(lǐng)域，預言機被認為是可以為智能合約提供外部數(shù)據(jù)源的系統(tǒng)。從傳統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)方面來看，預言機是連接智能合約與區(qū)塊鏈外部世界的中間件（middleware），是區(qū)塊鏈重要的基礎(chǔ)設(shè)施，它的作用是為區(qū)塊鏈上的智能合約（Smart Contract）提供數(shù)據(jù)信息的。
正如以太坊的定義，區(qū)塊鏈是一個交易驅(qū)動的狀態(tài)機（a transacTIon-based state machine），它能做的事情非常簡單，就是通過向區(qū)塊鏈提交事務(wù)/交易（transacTIon），來將區(qū)塊鏈從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另一個狀態(tài)。為了保持共識，EVM的執(zhí)行過程必須完全確定，并且僅基于以太坊狀態(tài)和簽名交易的共享上下文。這產(chǎn)生了兩個特別重要的后果：一個是EVM和智能合約沒有內(nèi)在的隨機性來源；另一個是外部數(shù)據(jù)只能作為交易的數(shù)據(jù)載荷引入。用通俗的話講，區(qū)塊鏈沒有主動獲取數(shù)據(jù)的能力，它能用的只有區(qū)塊鏈自己本身的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的缺失導致智能合約的應(yīng)用范圍非常少，目前大部分的應(yīng)用都是圍繞著token來展開的。
區(qū)塊鏈的確定性的意思是，在任何節(jié)點上，只要連入到區(qū)塊鏈的分布式網(wǎng)絡(luò)中，它就可以同步所有的歷史區(qū)塊，回放出一套完全相同的賬本。換句話說：在沒有互聯(lián)網(wǎng)連接的情況下，給定完整的塊，節(jié)點必須能夠從頭開始重新創(chuàng)建區(qū)塊鏈的最終狀態(tài)。如果賬本在形成過程中，依賴于某個外部的API調(diào)用結(jié)果，那在不同時間不同環(huán)境下回放的結(jié)果就會不一樣。這種情況是區(qū)塊鏈所不允許的，所以區(qū)塊鏈在設(shè)計之初就沒有網(wǎng)絡(luò)調(diào)用。
那么要實現(xiàn)向區(qū)塊鏈提供數(shù)據(jù)，應(yīng)該怎么做呢？區(qū)塊鏈能留下的只有賬本，而區(qū)塊鏈所能輸入的只有交易。我們就從這兩個方面入手。
幾乎每一個合約系統(tǒng)，都會有事件記錄的功能，比如以太坊中的EventLog功能。
下面我們通過一個例子，來介紹一下預言機的基本原理。我們在以太坊鏈上建立一個用戶合約，它需要獲取到某個城市的氣溫數(shù)據(jù)。當然，智能合約自己是無法獲取到這個發(fā)生于鏈下真實世界中的數(shù)據(jù)信息的，需要借助預言機來實現(xiàn)。智能合約將需要獲取天氣溫度的的城市寫入到EventLog中，鏈下我們會啟動一個進程，監(jiān)聽并訂閱這個事件日志，獲取到智能合約的請求之后，將指定城市的溫度，通過提交transacTIon的方式，調(diào)用合約中的回填方法，提交到智能合約中。
聲明：以下代碼僅供演示預言機原理，沒有做參數(shù)檢測和錯誤處理，請不要在生產(chǎn)環(huán)境中使用。
消費者合約：
contract WeatherOracle {
// 用戶存儲預言機提交的天氣數(shù)值
uint256 public temperature;
// 定義事件
event RequestTemperature （bytes city）;
// 發(fā)出獲取請求，即發(fā)出一個事件日志
function requestTemperature （string memory _city） public {
emit RequestTemperature（bytes（_city））;
}
// 預言機回調(diào)方法，預言機獲取到數(shù)據(jù)后通過這個方法將數(shù)據(jù)提交到鏈上
function updateWeather （uint256 _temperature） public {
temperature = _temperature;
}
}
上面的代碼非常簡單，定義了一個變量用來存儲結(jié)果，一個方法用于發(fā)出請求，一個方法用于接收結(jié)果。
鏈下，我們啟動一個進程，以訂閱topic的方式獲取日志信息，之后通過構(gòu)建一個transaction，提交一個結(jié)果到合約中。
func SubscribeEventLog（） {
topic ：= crypto.Keccak256（［］byte（“RequestTemperature（bytes）”））
query ：= ethereum.FilterQuery{
Topics： ［］［］common.Hash{
{
common.BytesToHash（topic），
}，
}，
}
// 訂閱相關(guān)主題的日志事件
events ：= make（chan types.Log）
sub， err ：= EthClient.SubscribeFilterLogs（ctx， query， events）
// 加載合約的ABI文件
ta， err ：= abi.JSON（strings.NewReader（AbiJsonStr））
// 監(jiān)聽事件訂閱
for {
select {
case err ：= 《-sub.Err（）：
log.Error（err）
break
case ev ：= 《-events：
// 獲取到訂閱的消息
ej， _ ：= ev.MarshalJSON（）
log.Info（string（ej））
// 解析數(shù)據(jù)
var sampleEvent struct {
City ［］byte
}
err = ta.Unpack（&sampleEvent， “RequestTemperature”， ev.Data）
log.Info（string（sampleEvent.City））
// 構(gòu)建交易提交結(jié)果，需要提供私鑰用于簽署交易
CallContract（“b7b502b.。.164b42c”）
}
}
}
func CallContract（keyStr string） {
addr ：= PrivateKeyToAddress（keyStr）
nonce， err ：= EthClient.PendingNonceAt（ctx， addr）
gasPrice， err ：= EthClient.SuggestGasPrice（ctx）
privateKey， err ：= crypto.HexToECDSA（keyStr）
auth ：= bind.NewKeyedTransactor（privateKey）
auth.Nonce = big.NewInt（int64（nonce））
auth.Value = big.NewInt（0）
auth.GasLimit = uint64（300000）
auth.GasPrice = gasPrice
instance， err ：= event.NewEvent（common.HexToAddress（“0x8A421906e9562AA1c71e5a32De1cf75161C5A463”）， EthClient）
// 調(diào)用合約中的updateWeather方法，回填數(shù)據(jù)“29”
tx， err ：= instance.UpdateWeather（auth， big.NewInt（29））
log.Info（tx.Hash（）.Hex（））
}
用一個圖來展示這個過程：
Chainlink
Chainlink是一個去中心化的預言機項目，它的作用就是以最安全的方式向區(qū)塊鏈提供現(xiàn)實世界中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。Chainlink在基本的預言機原理的實現(xiàn)方式之上，圍繞LINK token通過經(jīng)濟激勵建立了一個良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)。Chainlink預言機需要通過LINK token的轉(zhuǎn)賬來實現(xiàn)觸發(fā)。
LINK是以太坊網(wǎng)絡(luò)上的ERC677合約，關(guān)于各類ERC token的區(qū)別，請參考這篇文章。
在《精通以太坊（Matering Ethereum）》一書中，提出了三種預言機的設(shè)計模式，分別是
· 立即讀取（immediate-read）
· 發(fā)布/訂閱（publish–subscribe）
· 請求/響應(yīng)（request–response）
而基于LINK ERC677 token完成的預言機功能，就屬于其中的請求/響應(yīng)模式。這是一種較為復雜的模式，上圖中展示的是一個不含有聚合過程的簡單請求/相應(yīng)流程。
我們以Chainlink提供的TestnetConsumer合約中的一個requestEthereumPrice 方法為例來簡單講一下請求響應(yīng)的流程。這個函數(shù)定義如下：
function requestEthereumPrice（address _oracle， string _jobId）
public
onlyOwner
{
Chainlink.Request memory req = buildChainlinkRequest（stringToBytes32（_jobId）， this， this.fulfillEthereumPrice.selector）;
req.add（“get”， “https://min-api.cryptocompare.com/data/price？fsym=ETH&tsyms=USD”）;
req.add（“path”， “USD”）;
req.addInt（“times”， 100）;
sendChainlinkRequestTo（_oracle， req， ORACLE_PAYMENT）;
}
它所實現(xiàn)的功能就是從指定的API（cryptocompare）獲取ETH/USD的交易價格。函數(shù)傳入的參數(shù)是指定的oracle地址和jobId。
將一些列的請求參數(shù)組好后，調(diào)用sendChainlinkRequestTo 方法將請求發(fā)出。sendChainlinkRequestTo是定義在Chainlink提供的庫中的一個接口方法，定義如下：
/**
* @notice 向指定的oracle地址創(chuàng)建一個請求
* @dev 創(chuàng)建并存儲一個請求ID， 增加本地的nonce值， 并使用`transferAndCall` 方法發(fā)送LINK，
* 創(chuàng)建到目標oracle合約地址的請求
* 發(fā)出 ChainlinkRequested 事件。
* @param _oracle 發(fā)送請求至的oracle地址
* @param _req 完成初始化的Chainlink請求
* @param _payment 請求發(fā)送的LINK數(shù)量
* @return 請求 ID
*/
function sendChainlinkRequestTo（address _oracle， Chainlink.Request memory _req， uint256 _payment）
internal
returns （bytes32 requestId）
{
requestId = keccak256（abi.encodePacked（this， requests））;
_req.nonce = requests;
pendingRequests［requestId］ = _oracle;
emit ChainlinkRequested（requestId）;
require（link.transferAndCall（_oracle， _payment， encodeRequest（_req））， “unable to transferAndCall to oracle”）;
requests += 1;
return requestId;
}
其中l(wèi)ink.transferAndCall方法即是ERC677定義的token轉(zhuǎn)賬方法，與ERC20的transfer方法相比，它多了一個data字段，可以在轉(zhuǎn)賬的同時攜帶數(shù)據(jù)。這里就將之前打包好的請求數(shù)據(jù)放在了data字段，跟隨轉(zhuǎn)賬一起發(fā)送到了oracle合約。transferAndCall 方法定義如下：
/**
* @dev 將token和額外數(shù)據(jù)一起轉(zhuǎn)移給一個合約地址
* @param _to 轉(zhuǎn)移到的目的地址
* @param _value 轉(zhuǎn)移數(shù)量
* @param _data 傳遞給接收合約的額外數(shù)據(jù)
*/
function transferAndCall（address _to， uint _value， bytes _data）
public
returns （bool success）
{
super.transfer（_to， _value）;
Transfer（msg.sender， _to， _value， _data）;
if （isContract（_to）） {
contractFallback（_to， _value， _data）;
}
return true;
}
其中的Transfer（msg.sender， _to， _value， _data）;是發(fā)出一個事件日志：
event Transfer（address indexed from， address indexed to， uint value， bytes data）;
將這次轉(zhuǎn)賬的詳細信息（發(fā)送方、接收方、金額、數(shù)據(jù)）記錄到日志中。
Oracle合約在收到轉(zhuǎn)賬之后，會觸發(fā)onTokenTransfer方法，該方法會檢查轉(zhuǎn)賬的有效性，并通過發(fā)出OracleRequest事件記錄更為詳細的數(shù)據(jù)信息：
event OracleRequest（
bytes32 indexed specId，
address requester，
bytes32 requestId，
uint256 payment，
address callbackAddr，
bytes4 callbackFunctionId，
uint256 cancelExpiration，
uint256 dataVersion，
bytes data
）;
這個日志會在oracle合約的日志中找到，如圖中下方所示。鏈下的節(jié)點會訂閱該主題的日志，在獲取到記錄的日志信息之后，節(jié)點會解析出請求的具體信息，通過網(wǎng)絡(luò)的API調(diào)用，獲取到請求的結(jié)果。之后通過提交事務(wù)的方式，調(diào)用Oracle合約中的fulfillOracleRequest方法，將數(shù)據(jù)提交到鏈上。fulfillOracleRequest定義如下：
/**
* @notice 由Chainlink節(jié)點調(diào)用來完成請求
* @dev 提交的參數(shù)必須是`oracleRequest`方法所記錄的哈希參數(shù)
* 將會調(diào)用回調(diào)地址的回調(diào)函數(shù)，`require`檢查時不會報錯，以便節(jié)點可以獲得報酬
* @param _requestId 請求ID必須與請求者所匹配
* @param _payment 為Oracle發(fā)放付款金額 （以wei為單位）
* @param _callbackAddress 完成方法的回調(diào)地址
* @param _callbackFunctionId 完成方法的回調(diào)函數(shù)
* @param _expiration 請求者可以取消之前節(jié)點應(yīng)響應(yīng)的到期時間
* @param _data 返回給消費者合約的數(shù)據(jù)
* @return 外部調(diào)用成功的狀態(tài)值
*/
function fulfillOracleRequest（
bytes32 _requestId，
uint256 _payment，
address _callbackAddress，
bytes4 _callbackFunctionId，
uint256 _expiration，
bytes32 _data
）
external
onlyAuthorizedNode
isValidRequest（_requestId）
returns （bool）
{
bytes32 paramsHash = keccak256（
abi.encodePacked（
_payment，
_callbackAddress，
_callbackFunctionId，
_expiration
）
）;
require（commitments［_requestId］ == paramsHash， “Params do not match request ID”）;
withdrawableTokens = withdrawableTokens.add（_payment）;
delete commitments［_requestId］;
require（gasleft（） 》= MINIMUM_CONSUMER_GAS_LIMIT， “Must provide consumer enough gas”）;
// All updates to the oracle‘s fulfillment should come before calling the
// callback（addr+functionId） as it is untrusted.
// See： https://solidity.readthedocs.io/en/develop/security-considerations.html#use-the-checks-effects-interactions-pattern
return _callbackAddress.call（_callbackFunctionId， _requestId， _data）; // solhint-disable-line avoid-low-level-calls
}
這個方法會在進行一系列的檢驗之后，會將結(jié)果通過之前記錄的回調(diào)地址與回調(diào)函數(shù)，返回給消費者合約：
_callbackAddress.call（_callbackFunctionId， _requestId， _data）;
這樣一次請求就全部完成了。
總結(jié)
本文從預言機的概念開始，通過一個簡單的獲取ETH價格的例子，講解了請求/響應(yīng)模式的Chainlink預言機的基本過程，希望對你理解預言機與Chainlink的運行原理有所幫助。
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