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比特池塘 区块链技术 正文
RNG是Random Number Generator,也就是随机数生成器。
) _6 m1 w; l! f9 V! i7 a! p9 E在现实世界中要产生真正的随机数,其实不容易,各个语言的library所提供的随机数,都是伪随机数,是可以预测的,不过在大部分的应用场域,都是可以应付的。区块链的世界,面对的是全世界的人,怎么产生不可预测的随机数,就很重要,不然就可以被有心人所操作。例如EthereumBeacon chain(POS chain)中的validator/attester(产块跟验证的角色),若是可以被预测,那大概就没有人会相信这条链了。而这也是EthereumSerenity(Eth-2.0),所遇到的问题之一。目前随机数的产生,就由RANDOA +VDF所产生,以下就分别介绍:
; B0 V3 V: \- u3 p% w  `RANDAO
8 f1 t+ m' S0 X' yRANDAO是利用经济模式(奖励跟处罚)的方式,促使在公共场域中能产生随机变量
% j5 L0 d+ O2 L原理很简单,想参加的人把拿钱来抵押,需要产生随机数的人要付钱。所以参加者就可以从中分润,当然不守规矩抵押的钱也就会被没收,利用奖励跟处罚的方式迫使大家都守规矩。详细步骤如下:
& R! w) w7 n8 [9 _  t+ z* R" y首先,会有个收集seed的时间,例如6个block的时间。接着,想参与的人,投入某个数量的ETH到RANDAO这个smart contract(作质押),然后附上secret(某个只有你知道的值s,然后作sha3)。
- V2 m+ l. ^4 A* [3 M( J" G( v- s; |, [/ _! w
等收集时间结束,就是验证时间。此阶段所有参与着需要把s传入smart contract做验证,smart contract会把s作sha3,去验证是不是跟第一阶段传进来的一致。最终会把验证过的s当作seed去产生随机数。
9 \8 Z* ~; ?, q0 n% L% t0 W9 [
/ u4 `3 _+ G9 I" ^' r最后,就是产生随机数,然后把随机数传给之前有请求过的contract。然后归还质押的ETH跟利润分给参与者。
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3 X+ ?7 Q2 m9 n- H8 l3 o8 E& y: e4 h2 O8 c6 `3 R: L! s
此外有几个附加条件:$ W7 Z( [% h* c* v4 @* ^9 Y
& R' I. G/ h5 V3 T. {( u
第一阶段若收集到数笔一样的secret,只接受第一笔;1 Z8 G3 U3 x* K0 W% t1 i; J
* o* i7 P- s) M4 I+ u0 s5 y9 g
第一阶段会规定基本人数,若结束后未到达人数门坎,则此次的产生就失败;
* `/ o$ k4 ^+ W" d+ F0 W
+ q! X3 H3 b4 D/ ^7 G' C; k若第二阶段需提供s;
& Z& @& F2 z- L- V1 I3.1 若未提供,则质押的ETH会被没收;! z( e% l7 V/ H9 }
3.2 若此阶段有一个以上参与着未提供s,则此次产生失败,并且把没收的 ETH分给有提供s的参与者。且退还请求者所支付的ETH;
' B% c; \: w, Q3 _2 F8 _
3 ?/ ^. M) _) u! ^' s, t4 }+ j. a) A) x- h2 B
VDF' S: z) Z% ^# }1 C& g
VDF 全名为Verifiable delay functions,从字面上有点难懂在干嘛,从运作方面做解释,就是输入一个值,然后运算一段时间(delay),得出一个结果,最后这个结果是可以被轻易验证的。如下列算式,$ a( H7 S/ b. y- u- L+ b* _7 \& _
f(x) =g(g(g(g(….g(x)….))))6 ~1 J* P5 @1 l
where g(x) = xor(x^((p+1)/4), 1) mod p 其反函数为/ g4 f/ V9 Y- R$ z- ?: \
h(x) = xor(x, 1)? mod p
! C7 d; b' V% e' i) r& _上面提到「运算一段时间」的运算,其实是重复做同一种运算,从数学式看就很清楚,把x带入g(x),然后把算出的结果再带入g(x)。所以同一段时间,如果能迭代的次数比其他人多,那其他人就猜不到结果,也就没办法预测随机数结果。
# l5 z  m* n+ h. m最后,介绍一下这两个方法怎么运用在EthereumSerenity中
( O' D+ k' y  n# q: W首先,RANDAO会在内建在Beacon chain的逻辑中,而不是一个独立的smart contract,但RANDAO有个缺点,就是最后一位可以预测/操纵结果。如下图,因为最后一位可以知道前面的值,所以在最后可以决定要出值或是不出,因此可以操纵结果。(目前epoch是64个slot,而每个slot是6秒,所以epoch约是6.4 minutes)7 W6 V2 ]/ v# \
7 J* S0 }3 G" K% n0 Q5 h2 A* P, d
所以设计上除了RANDAO,还多一层VDF。
/ ?* |7 U7 O; ]; k% iVDF把RANDAO产生出来的随机数当种子去产生随机数,而且计算时间要够长(至少要一个epoch,目前规划是10个epoch,不过相信还会有变动),如下图
, c: Y4 i8 @8 J# O: b
1 o. r( m! d: ~, d) e) v4 c7 T实际的lifecycle会像这样,在VDF计算完后,会有一个epoch的缓冲让这个随机数可以上链,然后接着下一个RANDAO mixing。
2 J- Q0 Y2 R# L- L! u$ c6 B* t* f$ b$ I( ?8 W- a9 j
但问题来了,怎么确保没有人算得比你快??- z* h* {1 A8 E& \2 j0 l" w
所以EthereumFoundation计划做硬件,设计新的ASIC芯片来计算VDF,以确保没人可以预测最终的随机数。实际设计当然不是Foundation的researcher们,他们找了学界跟产业的IC design专家做设计,因为硬件研发费用庞大,Filecoin也一起支持这项计划。
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