CHA:一文讀懂可驗證隨機函數 VRF_AIN

原文標題：《Verifiable Random Function (VRF)》

撰文：Chainlink

在密碼學中，可驗證隨機函數（VRF）是一種隨機數生成器（RNG），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（VRF）在 dApp 中獲得安全的隨機數來源。

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（也稱為「verification key」和「secret key」）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。?

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 Silvio Micali、Michael Rabin 以及 Salil Vadhan 在論文中提出的。值得一提的是，Silvio Micali 后來創建了 Algorand 區塊鏈，Algorand 在共識機制中也使用了 VRF。

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之后，VRF 技術出現了一系列關鍵突破。2005 年，Yevgeniy Dodis 和 Aleksandr Yampolskiy 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，Dennis Hofheinz 和 Tibor Jager 使用橢圓曲線加密技術開發了可驗證安全性的 VRF。2019 年，Nir Bitansky 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。

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：?

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網絡安全——使用 VRF 保障域名系統（DNS）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。?

包括 Algorand、Cardano、Internet Computer 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。

Chainlink VRF 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。

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視頻相見：https://blog.chain.link/verifiable-random-function-vrf/

Chainlink VRF 可以為開發者帶來以下好處：?

不可預測性——Chainlink VRF 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——Chainlink VRF 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——Chainlink VRF 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——Chainlink VRF 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。?

Chainlink VRF 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。

Chainlink VRF 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

Chainlink VRF 采用了 Goldberg 的可驗證隨機函數（VRF），詳情請查看這篇論文。Chainlink VRF 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。

Chainlink VRF 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。

Chainlink VRF 的應用場景包括：

為 NFT 分配隨機屬性——Chainlink VRF 可以用來鑄造特殊的 NFT。比如，Axie Infinity 使用 Chainlink VRF 為每個 Origin Axie 賦予隨機屬性。

公平地分配罕見 NFT——Chainlink VRF 可以證明 NFT 是公平分配的，且證明可以得到驗證。比如，Bored Ape Yacht Club（BAYC）?使用 Chainlink VRF 向 BAYC NFT 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 Chainlink VRF 在 Next Card 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 Chainlink VRF 選出鏈上公開發售活動的參與者。

隨機選出中獎者——Chainlink VRF 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 Chainlink VRF 隨機選出無損儲蓄游戲的中獎者

Chainlink VRF 是區塊鏈行業領先的安全隨機數生成器（RNG），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。

Chainlink VRF 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。Chainlink VRF 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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