Rust认证映射库ic-certified-map使用指南

ic-certified-map是一个为区块链和分布式应用设计的Rust库，提供了高效可验证的数据结构实现。它特别适用于需要数据认证的场景，如智能合约和分布式系统。

主要特性

• 提供可验证的键值存储
• 支持高效的成员证明
• 专为区块链环境优化
• 与Internet Computer(IC)生态良好兼容
• 内存高效的设计

安装方法

在Cargo.toml中添加依赖：

[dependencies]
ic-certified-map = "0.5"

基本使用方法

创建和插入数据

use ic_certified_map::{RbTree, Hash};

let mut map = RbTree::new();
map.insert(b"key1", b"value1");
map.insert(b"key2", b"value2");

生成认证证明

let witness = map.witness(b"key1");
let root_hash = map.root_hash();

验证证明

if witness.verify(root_hash, b"key1", b"value1") {
    println!("验证成功!");
} else {
    println!("验证失败!");
}

高级用法

批量操作

let entries = vec![
    (b"key3".to_vec(), b"value3".to_vec()),
    (b"key4".to_vec(), b"value4".to_vec()),
];

let mut map = RbTree::new();
map.insert_all(entries);

与Internet Computer集成

use ic_cdk::api;
use ic_certified_map::{RbTree, Hash};

#[ic_cdk::update]
fn store_data(key: Vec<u8>, value: Vec<u8>) {
    let mut map: RbTree<Vec<u8>, Vec<u8>> = api::data_certificate()
        .and_then(|cert| api::get_certified_data(&cert))
        .unwrap_or_else(RbTree::new);
    
    map.insert(key, value);
    api::set_certified_data(&map.root_hash());
}

性能考虑

ic-certified-map使用红黑树实现，保证了O(log n)的查询、插入和删除时间复杂度。对于需要频繁更新的场景，建议：

1. 批量处理更新操作
2. 定期重建树以减少碎片
3. 考虑使用更简单的数据结构如果不需要所有特性

实际应用示例

区块链状态存储

use ic_certified_map::{RbTree, Hash};

struct BlockchainState {
    accounts: RbTree<Vec<u8>, Vec<u8>>,
    contracts: RbTree<Vec<u8>, Vec<u8>>,
}

impl BlockchainState {
    pub fn new() -> Self {
        Self {
            accounts: RbTree::new(),
            contracts: RbTree::new(),
        }
    }

    pub fn update_account(&mut self, address: Vec<u8>, balance: Vec<u8>) {
        self.accounts.insert(address, balance);
    }

    pub fn get_account_proof(&self, address: &[u8]) -> Option<(Vec<u8>, Hash)> {
        self.accounts
            .get(address)
            .map(|value| (value.clone(), self.accounts.witness(address)))
    }
}

完整示例代码

use ic_certified_map::{RbTree, Hash};
use serde::{Serialize, Deserialize};

// 定义一个简单的区块链账户系统
#[derive(Debug, Default)]
struct Blockchain {
    state: BlockchainState,
}

#[derive(Debug, Default)]
struct BlockchainState {
    accounts: RbTree<Vec<u8>, Vec<u8>>,
    transactions: RbTree<Vec<u8>, Transaction>,
}

#[derive(Debug, Clone, Serialize, Deserialize)]
struct Transaction {
    from: Vec<u8>,
    to: Vec<u8>,
    amount: u64,
    timestamp: u64,
}

impl Blockchain {
    // 创建新区块链
    pub fn new() -> Self {
        Self::default()
    }
    
    // 更新账户余额
    pub fn update_balance(&mut self, address: Vec<u8>, balance: Vec<u8>) {
        self.state.accounts.insert(address, balance);
    }
    
    // 添加交易
    pub fn add_transaction(&mut self, tx_id: Vec<u8>, tx: Transaction) {
        self.state.transactions.insert(tx_id, tx);
    }
    
    // 获取账户证明
    pub fn get_account_proof(&self, address: &[u8]) -> Option<(Vec<u8>, Hash)> {
        self.state.accounts
            .get(address)
            .map(|value| (value.clone(), self.state.accounts.witness(address)))
    }
    
    // 获取交易证明
    pub fn get_transaction_proof(&self, tx_id: &[u8]) -> Option<(Transaction, Hash)> {
        self.state.transactions
            .get(tx_id)
            .map(|value| (value.clone(), self.state.transactions.witness(tx_id)))
    }
    
    // 获取状态根哈希
    pub fn get_root_hashes(&self) -> (Hash, Hash) {
        (
            self.state.accounts.root_hash(),
            self.state.transactions.root_hash()
        )
    }
}

fn main() {
    // 初始化区块链
    let mut blockchain = Blockchain::new();
    
    // 添加账户
    blockchain.update_balance(b"alice".to_vec(), b"100".to_vec());
    blockchain.update_balance(b"bob".to_vec(), b"50".to_vec());
    
    // 添加交易
    let tx1 = Transaction {
        from: b"alice".to_vec(),
        to: b"bob".to_vec(),
        amount: 10,
        timestamp: 123456789,
    };
    blockchain.add_transaction(b"tx1".to_vec(), tx1);
    
    // 获取账户证明并验证
    if let Some((balance, witness)) = blockchain.get_account_proof(b"alice") {
        let (accounts_root, _) = blockchain.get_root_hashes();
        if witness.verify(accounts_root, b"alice", &balance) {
            println!("Alice账户验证成功，余额: {:?}", String::from_utf8_lossy(&balance));
        }
    }
    
    // 获取交易证明并验证
    if let Some((tx, witness)) = blockchain.get_transaction_proof(b"tx1") {
        let (_, tx_root) = blockchain.get_root_hashes();
        let tx_bytes = bincode::serialize(&tx).unwrap();
        if witness.verify(tx_root, b"tx1", &tx_bytes) {
            println!("交易验证成功: {:?}", tx);
        }
    }
}

ic-certified-map为需要数据认证的分布式应用提供了强大而高效的工具，特别适合区块链和智能合约开发场景。