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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。/ D* b% O6 ]9 U# q3 s9 c+ i
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:
9 v6 a) E% e/ q& G& IRANDAO
! d- J& D" p( E: x/ qRANDAO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/ j# n( l8 q* G, B, a
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:' K& O: D* G8 L5 ?, s
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)。, `% @& _6 \; f$ ?

2 H+ b6 m1 K. J; ~2 P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。
3 T: ]: ]" X9 E7 b) W: |
  W% r* r4 ^1 M, z; M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。" W  R2 M  @: f/ v8 |
* J! t+ _7 H( v5 d  B2 u

% s0 _( v1 |4 M6 g0 X: e* m此外有几个附加条件:; b' a6 ~$ c( ~$ |7 }: ~+ Q
* U5 t  I: ?, r4 Q/ L5 t4 y. w
第一阶段若收集到数笔一样的secret,只接受第一笔;
) g) r! R/ K8 a2 E. f$ @7 {; \$ Q1 v( H: n& `8 [0 p
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;' S2 F7 O1 d8 F& q0 {) }& b
& h0 a) W6 p1 R9 t6 u; w' G
若第二阶段需提供s;+ Z; W) q) i, a3 S& ~& T
3.1 若未提供,则质押的ETH会被没收;
2 G3 n  k( e7 Q3 Y5 ]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;
+ s/ h# [' o" Q* }4 H- r" I2 T
" N  n* o7 d; ~0 Z  w
& g2 G5 P; C+ m7 k! o1 JVDF$ N1 S+ R3 l% D! {; o* `, n
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,( ]$ f( h  ?, }5 e# x
f(x) =g(g(g(g(….g(x)….))))
. \8 o# B0 a) `# _' \: Gwhere g(x) = xor(x^((p+1)/4), 1) mod p 其反函数为& j; Z2 @3 V  c) _' F6 b+ s
h(x) = xor(x, 1)? mod p& D" l# X: s7 _% x- ?
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。
) D& _6 _# i  g4 u最后,介绍一下这两个方法怎么运用在EthereumSerenity中
; a4 |  k6 W  }0 [, v0 z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)! T0 a5 D7 [) F0 q* u

8 w, m, u, J: _6 v% h6 k+ i所以设计上除了RANDAO,还多一层VDF。9 j* Q( X9 f( g( D3 S- ]' q
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
4 }/ Z% T) s2 n2 v& O
. e. O# f/ \# F& I: t! Q2 O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。
/ E+ P+ I% @9 G5 n, T- F7 `) h8 D
$ w; _& ?$ {/ T2 K但问题来了,怎么确保没有人算得比你快??' S: X0 E: e  Q; E
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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