一文讀懂可驗證隨機函數-ODAILY_HAI

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。

報告：加密市場的托管業務2022年仍保持在4479億美元的水平:金色財經報道，普華永道 (PwC) 和財富科技平臺Aspen Digital于7月11日發布發布關于數字資產托管狀況聯合報告。報告顯示，加密資產在2021年11月達到頂峰，市值達到超過3萬億美元。然而，加密市場的托管業務2022年仍保持在4479億美元的水平。?截至2023年4月，托管服務提供商數量為 120 家，將其分為兩大類：第三方服務提供商和自助托管解決方案。包括以太坊合并導致對加密貨幣質押興趣的上升，以及NFT和元宇宙的出現，吸引了機構投資者。

報告稱，由于缺乏適當的治理、風險管理和內部控制，托管行業面臨的主要挑戰是安全。托管商面臨的另一個挑戰在于保險政策領域。自托管解決方案不提供保險服務，用戶因疏忽而造成的數字資產損失不會得到賠償。據家族辦公室人士透露，健全的保險政策是選擇數字資產托管機構的重要標準。[2023/7/11 10:48:36]

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。

Binance：BNB Beacon Chain錢包維護已開始，存取款將暫停約1小時:6 月12日消息，Binance 發布提醒稱，預定于北京時間 6 月 12 日 15 時對 BNB Beacon Chain（BEP2）進行的錢包維護已經開始。錢包維護期間，BNB Beacon Chain（BEP2）上的所有存款和取款將暫停大約 1 小時。維護完成后將恢復充值和提款。[2023/6/12 21:31:36]

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。

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。

路透社：SBF要求美國法官駁回檢方對其的刑事指控:5月9日消息，前FTX首席執行官Sam Bankman-Fried（SBF）周一要求美國法官駁回該國檢方對他因現已破產的FTX崩潰而提出的刑事指控。在提交給曼哈頓聯邦法院的一份文件中，SBF的律師表示，其中幾項指控未能正確陳述犯罪行為。

檢察官必須在5月29日之前回應Bankman-Fried的駁回請求，美國地區法官Lewis Kaplan將于6月15日聽取辯論。（路透社）[2023/5/9 14:51:05]

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。

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。

Algorand完成主網協議升級，已引入互操作性標準的狀態證明:9月8日消息，Algorand已完成主網協議升級，為無需信任的跨鏈通信引入了互操作性標準的狀態證明，它提供了任何PoS區塊鏈都能用于跨鏈通信和交易的接口，可提高其每秒交易量（TPS）和跨鏈通信安全性，同時此次升級簡化開發并為DApp引入了鏈上隨機性功能的新工具。（prnewswire）[2022/9/8 13:15:47]

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。

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。

以太坊L2網絡總鎖倉量達到61.3億美元:金色財經消息，L2BEAT數據顯示，截至目前，以太坊Layer2上總鎖倉量為61.3億美元。近7日漲幅8.79%，其中鎖倉量最高的為擴容方案Arbitrum，約29.3億美元，占比48.15%。其次是Optimism，鎖倉量19.5億美元，占比32.43%。dYdX占據第三，鎖倉量6.15億美元，占比9.96%。[2022/8/14 12:23:57]

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。

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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