在区块链上产生随机性的重要性

在物理世界中，很容易实现随机性，因为自然本身就是如此随机。 但在数字世界中，情况略有不同，通常需要某种形式的人为随机性才能产生所需的结果。

随机数生成器 (RNG) 是一种用于计算生成随机数的软件或硬件。 该工具旨在在其核心功能依赖于随机数生成的应用程序中实现公平性。 一些例子包括游戏和彩票。

尤其是区块链与此类技术有着独特的关系，因为区块链建立在去中心化框架上公平分配机会的理念之上。 从以太坊上蓬勃发展的去中心化应用程序 (dApps) 到日益流行的链上 NFT 盲盒，RNG 是实现无偏随机输入、提高可信度和用户体验的必备条件。

产生去信任随机性的挑战

然而，生成能够应用于在去中心化网络上需要独特和去信任随机性的情况的人工随机、安全和健壮的数字说起来容易做起来难。

虽然在物理世界和网络空间都有几种产生随机性的方法，但所达到的随机性的质量主要分为两类，即真正的随机结果和伪随机结果。

真正的随机数 (TRN) 利用物理现实世界的过程。 这些随机数发生器通常基于产生低级随机脉冲信号的微观事件。 这使得 TRN 在区块链上的使用变得不切实际，因为很难将这些微观事件部署到去中心化网络的代码中。

另一方面，伪随机数 (PRN) 是使用数学算法生成的，例如公钥散列消息身份验证代码 (HMAC) 以及阈值签名。

总体而言，去中心化框架上的理想随机数生成器应具有以下基本属性：

随机唯一性

RNG 的输出在每个输出之间应该是不可预测的、唯一的和独立的。 否则，攻击者可以仔细选择随机数并利用系统。 简单地说，这意味着在产生了“输出 A”之后，接下来的“输出 B”的产生应该只取决于它发生的概率（B），而不是之前的输出（A）或未来的（C、D、乙……）。 在去中心化的框架中，这种级别的唯一性应该应用于整个随机数生成节点集，而不仅仅是网络中的一部分节点。

非交互式

在区块链上，以去中心化的方式生成随机数是可能的。 然而，通信开销将成为整个系统的限制或“单点故障”。 RNG 算法需要消除“陷门函数”的输出，这允许使用正确的输入进行秘密发现。 总体而言，非交互式 RNG 确保零可导出性，从而为每个 RNG 节点实现安全的单向通信。

可用性

基础 RNG 服务的一致可用性对于去中心化网络很重要。 然而，当前去中心化系统节点的正常运行时间是不可预测的。 因此，RNG 算法应该提供基于不可预测节点的可用性。 例如，阈值签名或多重签名之类的方法在去中心化系统中效果更好，在任何给定时间有超过一半的所需节点可用。 这个比例在 50% 到 90% 之间。 如果您的系统的可用节点少于一半，则在某些节点无法访问时创建更多替代路径很重要。 例如，如果需要 5 个签名，则还应使用 3 个备份。 但是，任何弹性方法都将取决于网络中 RNG 节点的可用性。

阈值 BLS 签名：这是一个可行的解决方案吗？

阈值 BLS（Boneh Lyn Shacham）签名是一种加密数字签名方案，它改变了任何去中心化网络的游戏规则。 这种数字签名方案可以在不依赖 TRN 生成器的情况下生成随机性，并且与其他算法（例如流行的 ECDSA）相比具有优势。

BLS 阈值签名被认为是更快和可扩展的，因此以太坊 2.0 开发人员转而使用 BLS12-381 标准作为网络的主要签名方案。 BLS 阈值签名标准的应用将使基于 BLS 的应用程序能够在以太坊上运行。

更重要的是，BLS 签名的阈值版本在去中心化系统上是稳健的，允许去中心化网络上最多一半的组节点负责生成随机性。 这使得参与节点的数量足够多，从而允许 RNG 节点的一致可用性以及网络安全。

可能的现有解决方案

阈值 BLS 签名的最佳现有实现之一是 ARPA 的 RNG 架构。 它不仅允许任何人在去中心化网络上运行 RNG 计算节点，而且即使在网络上的恶意多数情况下，它也能加倍努力确保可验证的计算。 协议需要满足可信赖、动态和分散的随机数生成器的所有三个必需特征，因为它能够随着时间的推移不断学习以改善结果。

来自 ARPA 的 Felix Xu 的客座帖子

阿帕和贝拉协议的联合创始人兼首席执行官 Felix Xu。 Felix 毕业于纽约大学，获得金融和信息系统学位。 在过去的 6 年里，Felix 一直致力于金融科技、大数据和人工智能初创公司的风险投资。 最近，Felix 在中国最大的企业集团之一复星集团领导了区块链行业研究和早期投资。 Felix 投资了随手科技、达宝保险、中国汇客集团和印度 MakeMyTrip（纽约证券交易所代码：MMYT）。

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原文链接：https://newconomy.media/news/the-importance-of-yielding-randomness-on-blockchains/

原文作者：newconomy

编译者/作者：wanbizu AI

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