陳泰元：VRF在公鏈上的實際運用

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隨著越來越多的區塊鏈採用PoS共識機制，作為一種低能耗、高效率的隨機數算法，VRF（可驗證隨機函數）算法近年來得到了越來越多人的關注。可以幫助區塊鏈擴容，還可以提高安全性，很多人認為，基於VRF的共識機制或許可以改善「不可能三角」問題。

本周，Geekhub Global Online第四期「VRF——安全的橋梁」特別邀請了DEXON創始人陳泰元在線上為大家分享VRF在DEXON鏈上的應用。

本次課程分為三個部分：

第一部分：DEXON鏈的簡要介紹 第二部分：VRF在DEXON鏈上的應用 第三部分：問答環節

DEXON鏈的簡要介紹

今天介紹VRF如何使DEXON鏈更加公平、安全、高效。

DEXON是一個偏向商業應用化的公鏈系統，設計是有一個單鏈，每一個單鏈上有blockchain的拜占庭算法。

擴容方面：

使用的是平行鏈架構，在blocklattice（區塊網）里有四條平行鏈。平行鏈之間是等寬的，在每一個時間點是確定的，不會分叉。這四個鏈的交易被分散，這個交易的hash被平均打散在四條鏈上。另外，total-ordered chain保證了blocklattice的結構，最終可以把所有平行鏈上的區塊決定出最終的順序。

安全方面：

使用的是拜占庭容錯的保障。必須保障區塊鏈系統在數學證明上是安全的，即使有三分之一的節點是壞的節點，也能保證安全運行。

去中心化方面：

DEXON PoP的設計，是特殊的權益證明設計，每一個節點和出塊大小的速度都是對稱性網路。因為在非對稱性網路里，會成為被攻擊的目標，就會作惡。

DEXON的節點量是有限的。挖礦模型是，越多人參與進來，挖礦第一個月去中心化挖到的幣是一樣的。但總節點的上限會控制在幾千個。越多節點參與挖礦，挖出越多幣，新的幣會變成新的節點。我們是一個多鏈的結構，在越多節點上，太多的節點參與是線性增加。

VRF在DEXON鏈上的應用

這個時候就會涉及VRF，其用處是產生不可偽造的隨機數，且可被驗證。系統中的出塊都需要抽簽的動作，如果VRF產生一個隨機數，每個節點是相同的，則是公平的。

VRF在這個系統中有兩個作用：

1.VRF用在每一個單鏈的出塊的選擇，每一個節點產生新的隨機數，來做新的隨機數的總參數。

把epoch叫做第I個隨機數，我們叫做Si，iA會減掉每個節點，每個節點會牽在每個訊息上面。這個「i」在每個區塊里面被叫做鏈的IBV，把這些資訊加在一起，再簽名。只有自己知道，而且我簽名的東西，大家都可以去驗證。

如果某人的public key結果知道，那其他人都可以來驗證。把這個hash扣掉，算出絕對值的差。出塊的優先級就越高，在一萬個節點里，每一個都簽出這個證明，就可以出塊，這就解決了誰可以出塊的問題，並且是隨機的。

2.VRF是epoch（輪次）的轉移，每一個epoch都必須重新產生Ri。

為什麼每個小時要產生一個Ri，因為每個小時的節點是會進進出出，比如我在這個小時我有100個節點，到下一個小時，我有200個節點，再下一個小時我有300個節點。先加入的節點，如果新加入Ri，我就可以調整剛剛在函數里的私鑰，因為我可以知道哪個私鑰對我更有利。所以我們必須防止這件事情發生，所以每一個周期我們會充置這個Ri的CRS。

怎麼做呢？在我們系統里，我們會跑DCG，這個DCG與DFINITY的DCG是一樣的。簡單來說，比如有一百個節點，把security分享給其他人，但分享後，除非有100以上的人可以一起合作。我們可以得到新的私鑰，以驗證它是一開始被分享給大家的。

一旦跑完DAG後，我就可以閾值簽名。簽在epoch就可以產生新的隨機數，這個隨機數就可以出現在下一個，我可以保證這個隨機數是無法篡改的。這個I+1就可以保證是隨機的。這個新加入的節點就沒辦法確定是什麼，就很難攻擊這是什麼。這兩個VRF都是在不同的情況下保證去中心的隨機數。 總結來說，這兩個VRF都是在保證去中心的隨機數。

還是講VRF的作用，剛才說每一個epoch會產生一個隨機數，這個隨機數會出現兩個群，一個群是先選出下一個epoch的CRS的群主，比如有一萬個人會去跑DCG，它的複雜度會是一萬的三次方，這不可能做到。所以，必須從一萬個節點里選出一個比較小的節點的集。從一萬個集合里中選出一萬個CRS群主，這個群主在集合里只有四百個人，這個DCG的複雜度是400的三次方，在實物上，400的三次方是可以跑。在我們實驗里，大概1秒鐘可以結束，就是非常快。

這樣跑出來之後，還需要節點（note set），CRS是為了跑出下一個下一次epoch「i+1」的DCG，而且產生新的隨機數。而note set是在跑每一個鏈的單鏈，它上面的拜占庭容錯的出塊群都可以出塊。假設100條區塊鏈，抽出第一條鏈出塊，只有400個，400個人里共識的效果必須很高，400個節點成本很低，才可以做到每個節點出塊。我們能做出網路有多快，系統就有多快。

問答環節

Q:如果只能選一個答案，你認為公鏈最重要的特性是什麼？你們又是怎樣打造這個特性的？

A:以公鏈的性質來說，去中心化、安全性、擴容性都很重要。我會選擇去中心化和安全性，只有真去中心化系統才可以用，否則我就用阿里雲就好了。

VRF在去中心化方面扮演很重要的角色。如果沒有隨機數，就很難增加節點的增量，如果有隨機數，節點量變多，就能隨機出一個比較小的委員會做共識，這樣成本就會很低。如果很多節點就變得很低，其他節點就變得很高，這是不可行的。安全性我們用的是拜占庭算法。

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