在密碼學中,可驗證隨機函數是一種隨機數生成器,可以通過加密手段來驗證隨機性。可驗證的隨機數對許多區塊鏈應用來說都是不可或缺的要素,因為這類隨機數具有防篡改性和不可預測性,可以用來打造刺激的游戲體驗,鑄造罕見的NFT,并保障公平的結果。
本文將討論什么是可驗證隨機函數,研究隨機數在區塊鏈上的應用,以及智能合約開發者如何利用Chainlink可驗證隨機函數在dApp中獲得安全的隨機數來源。
什么是可驗證隨機函數?
可驗證隨機函數是一種加密函數,基于數據輸入生成偽隨機數并附上一份證明,任何人都可以對其進行驗證。
VRF的數據輸入通常包含一對公鑰和私鑰以及一個seed。公鑰和私鑰是生成的,而seed則是選擇的。將這些數值一起輸入VRF,用私鑰和seed來生成隨機數。然后,VRF會生成一個隨機數以及一份證明。最關鍵的一步是生成證明,因為用戶可以通過證明來驗證函數。而將私鑰保密則可以確保隨機數無法被預測。
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可驗證隨機函數的關鍵特質都寫在了它的名字里:
可驗證——任何人都可以驗證VRF生成的隨機數是否有效,只需要查看證明并驗證哈希計算結果是否正確即可。只有持有VRF私鑰的人才能進行哈希運算,而任何持有公鑰的人都可以驗證哈希運算結果。
隨機——對于不知道seed或不持有私鑰的人來說,VRF輸出的結果完全不可預測且概率均勻分布,沒有任何規律可循。VRF輸出的每個結果都擁有同樣的概率,并使用seed和私鑰,以獨特的方式生成隨機數。
函數——VRF使用數學算法來生成隨機數以及證明。VRF將seed隱藏起來,以保障其不可預測性;同時,將隨機數證明公開,以供所有人查看和驗證。
Binance:今日將與Tether團隊將12.5億枚USDT-TRX換成USDT-ETH:6月16日消息,Binance發推公告稱,6月16日17:30之后,Binance將直接與Tether團隊將12.5億枚USDT-TRX換成USDT-ETH,以確保用戶在所有鏈上的穩定幣流動性。Binance表示,如果今天用戶從Binance錢包中看到任何USDT大幅流動,這就是原因,資金是安全的。[2023/6/16 21:42:20]
VRF的發展歷史
可驗證隨機函數這個概念是在1999年由知名計算機科學家和數學家SilvioMicali、MichaelRabin以及SalilVadhan在論文中提出的。值得一提的是,SilvioMicali后來創建了Algorand區塊鏈,Algorand在共識機制中也使用了VRF。
之后,VRF技術出現了一系列關鍵突破。2005年,YevgeniyDodis和AleksandrYampolskiy使用了抗碰撞哈希函數實現了更短的證明和密鑰,因此提升了VRF的效率,并推動了這項技術的發展。2015年,DennisHofheinz和TiborJager使用橢圓曲線加密技術開發了可驗證安全性的VRF。2019年,NirBitansky提出了VRF可以用一般原語構造,而不用簡單的代數構造。如今許多VRF方案都建立在這些創新之上。
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2020年,研究者提出了一種使用Lattice加密的VRF方案。這個方案的安全性足以抵御量子計算機發起的攻擊,這意味著VRF將在未來仍是一項重要技術。
VRF的應用場景
大多數RNG都無法生成可以通過加密技術進行驗證的隨機數,因此這類RNG容易受到操縱,導致其應用場景受限。VRF如果能保障隨機數的安全性,就可以解鎖一系列關鍵的用例,其中包括:
網絡安全——使用VRF保障域名系統消息傳輸的安全性。
零知識技術——VRF可以用來打造零知識證明和零知識數據庫。
非交互式抽獎系統——VRF可以為抽獎游戲保障公平、可驗證且高效的結果。
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可驗證的交易托管機制——VRF可以支持自動托管服務,保障用戶的匿名性。
區塊鏈和智能合約——VRF已經成為了去中心化協議和應用重要的組成部分。
區塊鏈中的VRF
包括Algorand、Cardano、InternetComputer和Polkadot在內的許多L1區塊鏈都在共識機制中使用了VRF來隨機選擇出塊節點。
另外,區塊鏈智能合約開發者在開發應用時也需要隨機數。然而,由于區塊鏈網絡具有高確定性,鏈上應用往往無法獲得安全的隨機數生成器。使用鏈上區塊哈希生成隨機數有可能被區塊鏈礦工/驗證者操控,他們可以放棄對他們不利的區塊,重新“擲色子”,以改變隨機數。而鏈下隨機數則缺乏透明性,而且無法驗證隨機數是否公正且沒有受到數據源或節點的操控。
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可以利用鏈上生成隨機數方案的漏洞謀取私利。
穩健的隨機數生成方案意味著隨機數的公平性可以得到驗證,所有參與者都擁有同樣的概率,并且攻擊者不太可能通過預測隨機數來操縱智能合約。
ChainlinkVRF
ChainlinkVRF是公平、可驗證的RNG,可以滿足上述需求,為智能合約提供具有加密證明的安全隨機數,無法被預言機節點、用戶或開發團隊篡改。
ChainlinkVRF可以為開發者帶來以下好處:
不可預測性——ChainlinkVRF無法被預測。由于在請求隨機數時無法得知區塊數據,因此任何人都無法通過預測隨機數來提高自己的成功概率。
公平性——ChainlinkVRF非常公平公正,因為隨機數是均勻分布的,所有數字都有同樣的概率被選中。
隨機性——ChainlinkVRF的隨機性可以得到驗證,因為其使用區塊哈希作為seed來生成隨機數,而區塊哈希無法提前預知。
防篡改性——ChainlinkVRF具有防篡改性,任何人,包括預言機、外部方或開發團隊,都無法操縱隨機數生成流程。
ChainlinkVRF是用戶和區塊鏈之間的抽象層,可以幫助智能合約開發者訪問安全的隨機數來源。
ChainlinkVRF采用了開源代碼和加密技術,生成防篡改的隨機數,用戶可以驗證隨機數的真實性。
ChainlinkVRF采用了Goldberg的可驗證隨機函數,詳情請查看這篇論文。ChainlinkVRF會針對每一個隨機數請求生成一個或多個隨機數,并附上一份隨機數的加密證明。這份證明會被發布到鏈上并在鏈上得到驗證,驗證通過后才會使用隨機數。
ChainlinkVRF的應用場景
ChainlinkVRF目前正在為Web3生態中的眾多應用提供安全的鏈上隨機數來源,其中包括GameFi、DeFi以及NFT等項目。
ChainlinkVRF的應用場景包括:
為NFT分配隨機屬性——ChainlinkVRF可以用來鑄造特殊的NFT。比如,AxieInfinity使用ChainlinkVRF為每個OriginAxie賦予隨機屬性。
公平地分配罕見NFT——ChainlinkVRF可以證明NFT是公平分配的,且證明可以得到驗證。比如,BoredApeYachtClub使用ChainlinkVRF向BAYCNFT持有者隨機分配變異血清NFT。
游戲結果無法預測——開發者可以利用隨機數打造出更好玩的區塊鏈游戲。比如,Blockmine使用ChainlinkVRF在NextCard游戲中隨機抽取卡牌。
公平地選出參與者——發放熱門活動門票,抽取奢侈品預售的買家,以及選出熱門公開發售活動的參與者。比如,Centaur使用ChainlinkVRF選出鏈上公開發售活動的參與者。
隨機選出中獎者——ChainlinkVRF可以讓用戶驗證中獎者的篩選流程是否公平公正。比如,PoolTogether是一個無損儲蓄游戲,將用戶存款放在一個資金池中,并每天和每周展開抽獎,將池子的收益隨機分配給中獎者。
PoolTogether利用ChainlinkVRF隨機選出無損儲蓄游戲的中獎者。
總結
ChainlinkVRF是區塊鏈行業領先的安全隨機數生成器,為智能合約和鏈下系統提供可驗證且防篡改的隨機數來源。
ChainlinkVRF通過加密技術為開發者保障隨機數的安全性和可驗證性,幫助他們打造出更加開放、可訪問且防篡改的系統。ChainlinkVRF和智能合約將實現區塊鏈的最終愿景,基于加密事實打造出更加強大的算法系統,取代當前基于信任的薄弱系統。
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擴展閱讀
《一文讀懂智能合約》
《一文讀懂區塊鏈預言機》
《Solidity語言的隨機數生成》
《如何在NFT中獲得隨機數》
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