WTF Ethers极简教程：深入理解Merkle Tree白名单验证-优快云博客

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WTF Ethers极简教程：深入理解Merkle Tree白名单验证

WTF-Ethers 我最近在重新学ethers.js，巩固一下细节，也写一个“WTF Ethers.js极简入门”，供小白们使用，每周更新1-3讲。Now supports English! 官网: https://wtf.academy 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/wt/WTF-Ethers

前言

在区块链应用中，白名单机制是一种常见的访问控制方式。传统的白名单验证方法虽然简单直接，但随着用户数量增加，存储和验证成本会急剧上升。Merkle Tree作为一种高效的数据验证结构，完美解决了这一问题。本文将带你深入理解Merkle Tree的原理，并手把手教你如何使用ethers.js实现基于Merkle Tree的白名单NFT铸造系统。

Merkle Tree技术解析

什么是Merkle Tree？

Merkle Tree（默克尔树）是一种二叉树结构，由计算机科学家Ralph Merkle在1979年提出。在区块链领域，它被广泛用于高效验证大量数据的完整性。

Merkle Tree的特点：

每个叶子节点是数据块的哈希值
每个非叶子节点是其子节点哈希值的组合
根节点（Merkle Root）代表了整个数据集的唯一指纹

Merkle Proof验证机制

Merkle Proof是验证某个数据是否属于Merkle Tree的高效方法。验证过程只需要提供从该数据到根节点的路径上的兄弟节点哈希值，而不需要暴露整个数据集。

验证步骤：

计算目标数据的哈希值
使用提供的兄弟节点哈希值逐级计算父节点哈希
最终计算结果与已知的Merkle Root比较

这种验证方式的复杂度仅为O(log n)，非常适合区块链环境。

实战：构建Merkle Tree白名单系统

准备工作

首先需要安装必要的JavaScript库：

npm install ethers merkletreejs

1. 生成Merkle Tree

import { MerkleTree } from "merkletreejs";
import { ethers } from "ethers";

// 白名单地址数组
const whitelist = [
    "0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4",
    "0xAb8483F64d9C6d1EcF9b849Ae677dD3315835cb2",
    "0x4B20993Bc481177ec7E8f571ceCaE8A9e22C02db",
    "0x78731D3Ca6b7E34aC0F824c42a7cC18A495cabaB"
];

// 生成叶子节点（地址的keccak256哈希）
const leaves = whitelist.map(addr => ethers.keccak256(addr));

// 创建Merkle Tree
const merkleTree = new MerkleTree(
    leaves,
    ethers.keccak256,
    { sortPairs: true } // 与Solidity处理方式保持一致
);

// 获取Merkle Root
const root = merkleTree.getHexRoot();
console.log("Merkle Root:", root);

// 获取第一个地址的proof
const proof = merkleTree.getHexProof(leaves[0]);
console.log("Proof for address 0:", proof);

2. 部署Merkle Tree验证合约

我们需要一个实现了Merkle Proof验证的NFT合约。合约核心功能包括：

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;

import "@openzeppelin/contracts/token/ERC721/ERC721.sol";
import "@openzeppelin/contracts/utils/cryptography/MerkleProof.sol";

contract MerkleNFT is ERC721 {
    bytes32 public immutable merkleRoot;
    
    constructor(
        string memory name,
        string memory symbol,
        bytes32 _merkleRoot
    ) ERC721(name, symbol) {
        merkleRoot = _merkleRoot;
    }
    
    function mint(
        address account,
        uint256 tokenId,
        bytes32[] calldata proof
    ) external {
        // 验证地址是否在白名单中
        bytes32 leaf = keccak256(abi.encodePacked(account));
        require(
            MerkleProof.verify(proof, merkleRoot, leaf),
            "Invalid merkle proof"
        );
        
        _mint(account, tokenId);
    }
}

3. 使用ethers.js部署合约

// 准备部署参数
const contractFactory = new ethers.ContractFactory(
    abi,  // 合约ABI
    bytecode,  // 合约字节码
    wallet  // 部署者钱包
);

// 部署合约
const nftContract = await contractFactory.deploy(
    "Merkle NFT",  // 名称
    "MNFT",        // 代号
    root           // Merkle Root
);

await nftContract.waitForDeployment();
console.log("合约地址:", nftContract.target);

4. 白名单铸造NFT

// 验证并铸造NFT
async function mintNFT(userAddress, tokenId) {
    // 获取用户的Merkle Proof
    const leaf = ethers.keccak256(userAddress);
    const proof = merkleTree.getHexProof(leaf);
    
    try {
        const tx = await nftContract.mint(userAddress, tokenId, proof);
        await tx.wait();
        console.log(`地址 ${userAddress} 成功铸造NFT #${tokenId}`);
    } catch (error) {
        console.error("铸造失败:", error.reason);
    }
}

// 为第一个白名单地址铸造NFT
await mintNFT(whitelist[0], 1);