CHI:Chia VDF 算法原理剖析_Chintai

隨著爆火產品Chia的出現，挖礦行業又有了更新穎親民的玩法，即低門檻的硬盤挖礦方式，這種挖礦方式讓越來越多的普通人能夠參與到挖礦中來，一起感受區塊鏈行業的熱潮。

根據Chia的白皮書介紹，Chia采用的共識機制是空間證明和時間證明(POT,ProofOfTime)。POS主要用來證明用戶的確有未使用空間可以用來存儲，而POT則用來保證整個系統的安全性，其主要算法是VDF可驗證延遲函數，VDF得出的運算結果必須經歷一定的時間，并且可以由網絡中的任何節點快速認證，增加POS獲得出塊權的概率。

Web3游戲開發平臺Machinations.io完成330萬美元A輪融資，Hiro Capital領投:5月25日消息，Web3游戲開發平臺Machinations.io宣布完成330萬美元A輪融資，本輪融資由Hiro Capital領投。融資資金將用于員工招聘及功能開發。

Machinations.io 專門用于解決設計游戲經濟系統的困難。它使游戲設計師能夠對游戲系統進行大規模模擬，一鍵獲得數百萬的游戲進程數據。[2022/5/25 3:41:38]

Verifiable：即經過一定次數的計算后，prover可以快速生成一個小的proof來證明計算有效性，verifier不用重復執行計算就可以得知計算的正確性；

比亞迪推出999份《China-漢》限量 NFT 音樂典藏:金色財經報道，比亞迪官方已宣布將推出999份《China-漢》限量 NFT 音樂典藏，這是繼騰訊、阿里、奧迪、漫威之后，又一家入局NFT領域的巨頭。據了解，這首《China-漢》由國樂大師方錦龍、電子音樂制作人徐夢圓共同作曲，演奏樂器包括琵琶、古箏、尺八等，音樂首發于今年7月，時長約3分鐘，分為純樂版和人聲版。

而NFT典藏版則是將原有的純樂版進行重新3D縮混制作，與丹拿環繞音效算法進行融合，實現歌曲在聽覺上的3D環繞立體聲效果。對于該音樂NFT版本的收藏價值，比亞迪在公告中指出，數字典藏限量發行不可復制、數量稀缺，值得收藏，同時具有獨特專屬，權屬相較于傳統藏品也更清晰。

?據悉，得到了NFT的比亞迪車主會獲得一串哈希值，其對應區塊鏈上的一串信息，包含車主的姓名、身份證號、用戶的手機號等，這些信息和《China-漢》被共同記錄在宇鏈聯盟鏈上。不過因為區塊鏈采用了聯盟鏈，未設置轉讓功能，且錄入了車主的唯一個人信息，因此該NFT典藏版沒有投資屬性。與此同時，《China-漢》限量NFT音樂典藏版也在部分音樂平臺上架，用戶可免費試聽。[2021/11/10 6:42:23]

Delay：即prover只有執行正確次數的計算后，才能得到正確的結果，不會出現沒達到指定次數前，就得到正確結果的情況；

LoserChick將上線以太坊擴容解決方案Polygon:據官方消息，LoserChick將在Polygon上推出鏈上抓娃娃機游戲，游戲結合了DeFi和NFT，允許用戶在二級市場上出售抓娃娃機。通過上線Polygon，LoserChick打算為其用戶提供無縫的用戶體驗。通過使用Polygon的全棧以太坊擴展解決方案，用戶可以以更低的成本執行高速交易。[2021/7/21 1:06:05]

Function：即結果是確定性的，輸入x，就會得到y。

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1inch發布可優化以太坊鏈上交易成本的代幣Chi:鏈上聚合交易平臺1inch發布可優化以太坊鏈上交易成本的代幣Chi，用戶可以通過在Gas費較低時鑄造Chi，Gas費較高時銷毀Chi，以優化鏈上的交易成本。[2020/6/7]

VDF的計算

基于Chia的設計模式，如果某個節點的VDF計算速度高于其他節點，有可能會發起某種安全攻擊。因此，為了避免這一威脅，Chia希望節點中運行的VDF算法是最高效的，所以基本沒有什么優化空間。為此，Chia還舉辦了兩次VDF效率競賽，以高額的獎勵來吸引業內精英參與到本次活動中來，廣泛汲取大家的智慧，來獲取效率最高的VDF。

如上圖所示，Chia里用到的VDF算法其實很簡單，就是對一個數x進行連續的T次平方計算，x是一個未知階的群組的元素。為什么是未知階的群組，其中緣由也很簡單：

如果群組的階為d，那么根據群組的性質：x2^T=x(2^T)%d

就會存在未達到指定次數T，就得到正確結果，這與Chia的設計不一致；因此，群組的階是無法被知道的；生成未知階的群組的方式有兩種：

基于RSA的群；

虛二次域類群；

當選擇基于RSA的方式時，群的階N=pq，其中p、q都是很大的素數且不可公開，因此，計算這種群的階的難度就和分解大數N一樣困難。所以被認為是安全的，但是，這種方式需要可信設置，即p、q由可信第三方生成，或許也可以用MPC的方式，但是總之，它需要可信設置；

而基于虛二次域的類群可以消除可信設置，因為一個滿足|d|=3mod4關系的負大素數生成的類群，計算其階是困難的，由于這個大素數可以公開，因此這種方式可以很容易的生成無須可信設置的未知階的群。

了解了背后的數學概念，下面讓我們再看一下，基于虛二次域類群的元素的平方應該如何計算，如下圖所示：

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NUDUPL算法為目前為止，計算虛二次域平方的最有效的方法，這也是在兩次VDF算法競賽中，參賽者們選用最多的方法。圖2、圖3展示了算法的兩個主要分支，其中m=(a,b,c)、M=(A,B,C)都是群中元素的表示形式。

VDF的證明

由圖1可知，prover除了需要做T次計算外，還需要生成一個證明，來證明計算的正確性，關于VDF的正確性論證，這篇論文中給出了兩個經典的方法，Chia采用的是Wesolowski的論證方法，此方法的過程如下圖所示：

算法本身簡單，且好理解。和論文中的Pietrzak算法相比，該算法生成證明更小，驗證proof更快。

結語

經過一段時間的研究和測試，Chia目前采用的VDF算法確實相當高效，從算法上，已經尋找不出可以大幅優化的點。“軟的不行就來硬的”，這也是為什么我們仍然堅持把Chia的VDF算法研究的很深入的一個原因，目前已經著手硬件優化設計。從理論上講，具有更高效率的VDF計算，可以獲得更高的挖礦效率，這也是我們的目標。

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