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可验证随机函数（Verifiable Random Function, VRF)

真·skysys 2023-04-12 原文

论文中的描述


但在这里没有明白为什么在 V R F V E R VRF_{VER} VRFVER​环节需要x,y, π \pi π信息。以及message x是什么，如何选取才能取到伪随机性。

VRF介绍

VRF 这个概念最早由 Micali，Rabin 和 Vadhan 三个人所提出。
一句话描述： 以sk和随机种子作为输入，输出伪随机数r和对应的证明proof
任何人可以通过sk对应的公钥vk加上证明proof来验证伪随机数r是否有sk持有者生成。

特点：
1）可验证性：任何人可以通过vk和proof验证随机数r是sk和x对应的输出；
2）唯一性：sk和x不变的情况下，输出的伪随机数r是唯一的；
3）随机性：不给定证明proof的情况下，VRF的输出的伪随机数r与其他伪随机数r’对于敌手来说是不可区分的。

关于第三步：验证
验证函数 Verify 输入验证密钥 vk、消息 x 以及伪随机y和证明 π \pi π。输出结果0/1：只有该函数验证了证明 π \pi π 是根据 x 生成的，且根据证明 π \pi π可以推导出 Y，才会输出 1，也就是说该函数验证 X 与 Y 是否存在唯一的对应关系。

为什么VRF验证需要proof证明？

如果没有 π \pi π，就类似数字签名，这里只能通过vk证明sk对消息x进行了签名验证，但是如果对消息x用了一种算法进行处理后的信息不能验证，即不能验证f(x)。
而ZKP零知识证明正好是可以做到在不透露秘密sk的条件下，验证基于sk提出的承诺statement。（与数字签名的区别是，数字签名是不提供sk的情况下证明原本的消息x，而ZKP可以做到不提供sk的条件下对x的推论 f s k ( x ) f_{sk}(x) fsk​(x)的证明）

VRF应用于区块链共识打包区块权的选择

区块打包节点选择方式：让各个节点自己抽签，抽中之后，大家可以很容易地验证这个结果确实是你生成的。

具体过程有可能是这样的：假设现在是 round 10（第 10 轮），节点们会轮流抽签，以节点自己的私钥 + 一个全网都知道的随机数（比如是这轮的轮次 10）作为输入，生成了一个随机数（假设在0-100）；设置一个条件：100 个节点轮流抽签，谁先抽出来的随机数大于 10，就是这一轮的打包者。假设 5 号节点抽到了 11，可是只有 5 号知道其他人不知道，因此他在广播这个随机的同时还需要广播一个零知识证明。通过零知识证明，全网只需要通过 5 号的公钥就可以验证，接受 5 号为这轮打包者。

可验证随机函数一共包含四个函数：1、生成密钥，生成一个公钥私钥对；2、生成随机数输出；3、计算零知识证明；4、验证随机数输出。

VRF 的目的就是要生成一个真正随机而且无法被预测的值。在区块链选出块节点的过程中，为了保证安全，随机是一个基本要求。不过，区块链选节点不单纯是随机就 OK 的，还要考虑到攻击成本等，所以共识机制往往加入算力和持币权益等影响因素，以增加攻击者的攻击成本。如果单纯使用随机算法，就很容易受到女巫攻击，攻击者可以廉价找大量的傀儡机（肉鸡）来增加自己抽中的概率。

Reference

1.某目前尚未见刊的论文
2.密码学小知识(8)：可验证随机函数（Verifiable Random Function, VRF)
3.可验证随机函数VRF
4.可验证随机函数（VRF）应用于区块链共识的原理和方法
5.区块链知识之 VRF: 可验证随机函数

VerifiableFunctionquotspanlt

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