PoS區(qū)塊鏈如何正確的使用VDFs時(shí)間鎖

PoW工作量證明是在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上形成共識的最常見方法。不幸的是，PoW具有不可忽略的能源損耗，同時(shí)研究人員一直在尋求可替代的共識機(jī)制。每種技術(shù)都旨在提高相同級別的安全性，同時(shí)降低能源需求。有許多替代的方案，例如股權(quán)證明（PoS）通常被認(rèn)為是平衡權(quán)力下放，安全性和效率的最佳協(xié)議。

在PoS系統(tǒng)中，驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)將新產(chǎn)生區(qū)塊加入鏈中。要成為驗(yàn)證人，必須在系統(tǒng)抵押一定額度的代幣。在成為驗(yàn)證人期間，如果您被其他驗(yàn)證人視為行為不端，則系統(tǒng)會(huì)有一定的懲罰，削減抵押的代幣金額。網(wǎng)絡(luò)上的任何節(jié)點(diǎn)都可以是驗(yàn)證者，但只有一定數(shù)量的正式驗(yàn)證者，同時(shí)這些驗(yàn)證者是隨機(jī)選擇的。

分布式隨機(jī)性是一個(gè)比聽起來更難解決的問題。以前的系統(tǒng)模型要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要提交一個(gè)隨機(jī)數(shù)，在所有網(wǎng)絡(luò)參與者提交他們的數(shù)字后，所有隨機(jī)數(shù)都被連接并哈希，最后該哈希函數(shù)的輸出是最終的隨機(jī)數(shù)。

仔細(xì)研究后，很明顯最后一個(gè)提交數(shù)字的人可以惡意地操縱最終輸出。如圖1所示：隨機(jī)數(shù)生成方，因?yàn)閃alker是最后一個(gè)提交數(shù)字的人，他可以預(yù)先計(jì)算各種哈希值并選擇一個(gè)數(shù)字來操作輸出。但是，如果哈希函數(shù)花費(fèi)的時(shí)間比最后一個(gè)參與者必須提交的時(shí)間長，則無法及時(shí)評估哈希值，這就是VDF發(fā)揮作用的地方。

可驗(yàn)證的延遲函數(shù)（VDF）是一個(gè)強(qiáng)制時(shí)間延遲的數(shù)學(xué)序列函數(shù)。然后可以生成一個(gè)證明來驗(yàn)證這個(gè)時(shí)間延遲確實(shí)發(fā)生了。通過用VDF替換上面的隨機(jī)數(shù)生成方案（圖1）中的哈希，可以強(qiáng)制時(shí)間延遲，這將不允許Walker過早地評估輸出。這解決了惡意行為者的問題，并使數(shù)字真正隨機(jī)。

網(wǎng)上有很多資源解釋VFD是如何工作的。為了進(jìn)一步了解，讓我拿食物來做類比解釋。

一個(gè)蘋果進(jìn)入VDF烤箱。一段時(shí)間后，蘋果派就會(huì)被烘烤出來。然后將蘋果派進(jìn)行切分（這是證據(jù)）。任何人都可以將蘋果派切分并確認(rèn)那些蘋果就是蘋果派。由于制作蘋果派需要時(shí)間，并且VDF也需要時(shí)間來運(yùn)行，你現(xiàn)在已經(jīng)證明有人花了一些時(shí)間來制作蘋果派。VDF的一個(gè)最重要的方面是它們是順序函數(shù);你不能并行運(yùn)行并以最短時(shí)間獲得蘋果派。就像購買更多的烤箱也不會(huì)更快的獲得蘋果派。

這讓我想到了一個(gè)要點(diǎn)：雖然PoS可以非常安全，但它并不像PoW區(qū)塊鏈那樣以時(shí)間鎖定。在PoW中，存在一個(gè)難度參系數(shù)，它根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的哈希功率動(dòng)態(tài)而變化。這種機(jī)制使區(qū)塊時(shí)間保持不變，同時(shí)固有地創(chuàng)建了一個(gè)時(shí)間鎖定的鏈接列表。網(wǎng)絡(luò)上的新節(jié)點(diǎn)知道將最長的鏈視為真實(shí)鏈。在一個(gè)PoS區(qū)塊鏈中，只要擁有51％的抵押權(quán)力就可以生成一個(gè)新的鏈，這個(gè)鏈可能在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)比真實(shí)鏈更長。如果發(fā)生這種情況，新節(jié)點(diǎn)將無法確定網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

而不是像PoW中那樣使用算力作為對抗區(qū)塊的資源，使用VDF來對抗區(qū)塊。要對PoS區(qū)塊鏈進(jìn)行時(shí)間鎖定，您只需通過一個(gè)vdf運(yùn)行已驗(yàn)證塊的哈希，并將難度調(diào)整到您想要的任何區(qū)塊時(shí)間。為了使此系統(tǒng)正常工作，您只需要一個(gè)誠實(shí)的節(jié)點(diǎn)在線托管VDF。但是理想情況下，您需要運(yùn)行冗余VDF以確保永遠(yuǎn)不會(huì)低于1一個(gè)VDF。

這為PoS安全性增加了另一層; 對于歷史重寫，攻擊者現(xiàn)在需要掌握：

1. 51％的抵押能力。

2. 一個(gè)VDF比當(dāng)前VDF快N倍。

3. 時(shí)間T = B *（Tk / N）; B是塊高度，Tk是舊VDF執(zhí)行時(shí)間。

是否需要額外安全層的必要性仍有待觀察，因?yàn)樵赑OS系統(tǒng)中發(fā)生51%攻擊的可能性極不可能。然而，VDF在分布式系統(tǒng)中的價(jià)值和應(yīng)用還沒有實(shí)現(xiàn)。在未來幾年，VDF將徹底改變區(qū)塊鏈空間，使其更高效、更實(shí)用，最重要的是：綠色，不耗能源。

來源： 區(qū)塊鏈研究實(shí)驗(yàn)室