POL:波卡的隨機性如何產生？｜Polkadot Wiki

原文：https://wiki.polkadot.network/docs/en/learn-randomness

翻譯：PolkaWorld

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波卡作為一條PoS鏈，隨機性至關重要。波卡的隨機性如何產生？為什么要選擇這種方案呢？在本章wiki中給出了說明。

PolkadotWiki是波卡官方文檔，PolkaWorld目前正在翻譯和連載中。

隨機性

在權益證明區塊鏈中，隨機性對于驗證人職責的公平且不可預測分配很重要。

社交網絡協議 Project Liberty 與波卡技術團隊達成協議:5月24日消息，由洛杉磯棒球隊道奇隊前老板 Frank McCourt 創立的去中心化社交網絡協議 Project Liberty 與波卡背后技術團隊達成協議，將就去中心化社交網絡協議（DSNP）的首次實施進行合作。DSNP 的創建者、技術專家 Braxton Woodham 表示，我們現在已準備好將社交功能部署為互聯網本身的核心元素。Polkadot 的獨特架構可以大規模實施 DSNP。

去年 6 月份，據彭博社報道，Frank McCourt 將投資 1 億美元用于 Project Liberty 項目，該項目計劃使用區塊鏈來構建一個新的互聯網基礎設施，即去中心化社交網絡協議（DSNP）。[2022/5/24 3:38:45]

計算機并不擅長隨機數，因為它們是確定性設備。通常大家在計算機上所說的“隨機數”實際上是偽隨機的。也就是說，它們依賴于用戶或其他類型的Oracle提供的足夠隨機的種子，例如氣象站的大氣噪聲、你的心律，甚至是熔巖燈，它都可以從中產生一系列看似隨機的數字。但是給定相同的種子，將始終生成相同的序列。

波卡周報：14條平行鏈接入Polkadot網絡、32條平行鏈接入Kusama網絡:4月24日消息，波卡發布周報稱，Parity發布Polkadotv0.9.19版本，此版本優先級較低。Runtime9190包括了對XCM的支持。Polkadot理事會投票通過了Motion185，該議案旨在資助RadiumBlock的驗證人快照服務。Kusama理事會投票通過了Motion458，該議案旨在將Kusama升級到Runtime9190。截止發文，一共14條平行鏈接入Polkadot中繼鏈，一共有32條平行鏈接入Kusama網絡。

此外，Polkadot第15次平行鏈插槽Auction將在4月25日凌晨2點左右結束，Litentry領先了整個蠟燭期，預計Litentry將贏得第15次插槽Auction。Kusama的第33次插槽Auction將在4月25日凌晨3點左右結束，DoraFactory領先了整個蠟燭期，預計Dora Factory將贏得Kusama第33次插槽Auction。[2022/4/24 14:45:33]

然而，這些輸入將根據時間和空間而變化，而且不可能將相同的結果輸入到全球特定區塊鏈的所有節點中。如果節點獲得不同的輸入并用它來出塊，則會發生分叉。顯然，現實世界的無序狀態不適合用作區塊鏈隨機性的種子。

MoonBeam項目計劃在波卡上重建以太坊:MoonBeam項目計劃建立一個定制的平行鏈，它將模擬以太坊虛擬機環境，有效地在Polkadot（DOT）上重建以太坊（ETH）。Polkadot和其他一些互操作性項目的開發人員通常需要設置一個完整的區塊鏈來托管他們的DApps。

雖然Polkadot的底層框架旨在使這個過程更簡單，但并不是所有DApps都需要對其環境進行這種級別的控制。MoonBeam想要成為Polkadot的一種以太坊仿真器，這個虛擬環境目前支持以太坊上所有的智能協議。（Cointelegraph）[2020/11/11 12:20:40]

如今生產環境中有兩種主要的解決區塊鏈隨機性的方法：RANDAO和VRF。Polkadot使用VRF。

VRF

現場丨Candaq集團聯合創始人林子昊：波卡目前需要解決的是吞吐量問題:金色財經現場報道，10月11日，由金色財經、Candaq和哼哈互動聯合發起的金色沙龍第55期“Polkadot-波卡萬物生長與跨界破圈對話”在北京正式舉行。在本次沙龍上，Candaq集團聯合創始人林子昊指出，波卡最有吸引人的點是它的靈活性，主要體現在吞吐量、平行鏈和治理上。關于波卡和以太坊，兩者都在做新的方向，但采用不同的方式重新做分片協議。兩者從模型、架構、共識、分片、消息傳遞和治理方面都有很大不同, 對于兩者孰優孰劣還需要時間證明。

波卡目前需要解決的是吞吐量問題，如何解決使用成本、搭建成本，誰能解決這個問題就能在區塊鏈領域邁出很大的一步。此外波卡還需要要能夠一體化的基礎架構、強大的社區生態，需要優化利益博弈模型。[2020/10/11]

可驗證隨機函數是一種數學運算，需要一些輸入并產生一個隨機數以及該提交者生成該隨機數的真實性證明。任何挑戰者都可以驗證該證明，以確保隨機數生成有效。

Polkadot中使用的VRF與OuroborosPraos中使用的VRF大致相同。Ouroboros的隨機性對于出塊來說是安全的，并且對于BABE也運行得很好。它們的不同之處在于，Polkadot的VRF不依賴于中央時鐘，而是取決于它自己的過去結果來確定現在和將來的結果，并且它使用時隙號作為時鐘仿真器來估計時間。

具體操作如下：

時隙是時間的離散單位，長度為六秒。每個時隙可以包含一個塊，但也可以不包含一個塊。時隙構成了時期——在Polkadot上，2400個時隙構成了一個時期，即每個時期為4小時。

在每個時隙中，每個驗證人都會“擲骰子”。他們執行將以下內容作為輸入的函數：

密鑰-專門為“擲骰子”制作的鑰匙

Epoch隨機值-上一個產生影響

時隙數

輸出為兩個值：RESULT和PROOF。

然后將RESULT與在協議的實現中定義的閾值進行比較。如果該值小于閾值，那么得出此數字的驗證人將是該插時隙的可行出塊候選者。然后，驗證人嘗試創建一個塊，并將該塊與先前獲得的PROOF和RESULT一起提交到網絡中。

釣魚人-監視網絡的收集人和驗證人錯誤行為的節點，將驗證中繼鏈區塊。由于非法投擲將產生非法區塊，并且由于釣魚人將在驗證人產生的每個區塊中訪問RESULT和PROOF，因此他們很容易自動報告作弊的驗證人。

總結一下：在VRF下，每個驗證人都會為自己擲出一個數字，并根據閾值對其進行檢查，如果隨機擲出的骰子低于該閾值，則會生成一個區塊。觀察網絡并報告不良行為的釣魚人事后會驗證這些投擲的有效性，并向系統報告任何作弊行為。

精明的讀者會注意到，由于這種工作方式，某些時隙可能沒有驗證人作為出塊候選者，因為所有驗證人候選者的得分都太高而錯過了閾值。我們闡明了如何解決此問題，并確保與Wiki頁面的共識部分的Polkadot出塊時間保持幾乎一致。

RANDAO

另一種獲取鏈上隨機性的方法是以太坊的RANDAO方法。RANDAO要求每個驗證人通過對某些種子執行數千個哈希來進行準備。之后驗證人在回合中發布最終的哈希值，并且從每個參與者進入游戲中得出隨機數。只要一名誠實的驗證人參加，隨機性就被認為是安全的。

RANDAO可以選擇使用VDF進行增強。

VDFs

可驗證延遲函數是指即使在并行計算機上也要花費規定時間才能完成的計算。它們產生獨特的輸出，可以公用共設置獨立有效地對其進行驗證。通過將RANDAO的結果輸入VDF，會引入延遲，從而使任何攻擊者企圖影響當前隨機性的嘗試都將過時。

VDF一般需要通過ASIC設備來實現，這類設備需要與其他類型的節點分開運行。盡管只有一臺就足以保證系統的安全，并且它們將是開源的并且幾乎免費分發，但是運行這類設備既不便宜也不受激勵，對于選擇這種方法的區塊鏈用戶而言將產生不必要的摩擦。

擴展資料

Polkadot在隨機數和抽簽上的研究-包含了在證明機制之間作出選擇的理由：https://research.web3.foundation/en/latest/polkadot/BABE/Babe.html

關于Pokadot中用到的隨機數的討論-W3F研究員討論波卡中的隨機性及其使用場景和假設：https://github.com/paritytech/ink/issues/57

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