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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。
5 R1 Q! T: |  d. x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:1 x4 [+ K( a# k  E& e0 F7 G
RANDAO
" V  I; H8 y; U; lRANDAO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8 V! D/ G5 h. l8 Q5 l  O( Q
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:
& ]. S- N  F4 j1 p2 ?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)。0 C0 I/ S* D5 U/ z7 d7 o, ~( |
  j. s! F2 L$ m- i/ U
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。) d6 Y, o+ C5 k) y3 C$ ?

+ J, h% f% {! p) _: v/ ?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。1 `/ M  u0 I# M" D

+ G8 h. ]3 M$ A* }+ g  b- a
4 ^* z! U% X' k此外有几个附加条件:9 H: q, b$ Q8 L4 \- k

! v8 W8 E! U* f( Z' t+ u第一阶段若收集到数笔一样的secret,只接受第一笔;6 `( l8 H  g( Q; i% O3 ?$ @
( E* E- X" C5 c5 {5 g! f
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;
4 c6 Q; @( Q& T7 h" b# {' P
6 R% ]7 N5 D4 G* D* Y若第二阶段需提供s;
: ~% A1 V1 H% X1 n" b3.1 若未提供,则质押的ETH会被没收;
7 s% J; J4 s  I3 T2 G8 i# a4 u3.2 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;! d! D. K0 @. L; Z, Z
9 x" A7 ?9 ]' u1 f# f
. |/ i! S' L6 z% J- t" _' O3 `
VDF
9 _7 T* R/ ~& ?5 e3 p( A- ^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,5 K$ z: A' x% N' d, o
f(x) =g(g(g(g(….g(x)….))))9 _' \. x; H# z( Y
where g(x) = xor(x^((p+1)/4), 1) mod p 其反函数为
( b6 F1 v9 U( j  b& Gh(x) = xor(x, 1)? mod p4 F" O! g: t2 z
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。
' c/ r5 ~# }# l) A/ t9 P& N5 D最后,介绍一下这两个方法怎么运用在EthereumSerenity中
: B8 Q) \1 u9 A$ K$ N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)/ ?% a+ q3 e6 W7 F$ z
' M0 |, Z6 \- T1 O, k, W# D
所以设计上除了RANDAO,还多一层VDF。
0 C% J7 n5 o+ _$ b6 e0 |VDF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
6 u  ?+ r# j% H
7 Q) u( H! {  w% 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。
: B1 F( [; A# s9 l% d2 `
* a) g6 w# d  A) m0 C; {但问题来了,怎么确保没有人算得比你快??, U5 v3 @- R: g
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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