📜 [專欄新文章] Unirep介紹: 使用ZKP的評價系統
✍️ Ya-Wen Jeng
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Unirep是什麼? 怎麼用?
Photo by Raphael Lovaski on Unsplash
UniRep 是一個使用零知識證明(Zero-knowledge Proof)而達到具有隱私保障的評價 (reputation) 系統。使用者有權利享有多個暫時性的身份,但又同時能提出證明,讓其他人可以驗證評價是否符合自己宣稱的數量。此外,使用者也無法拒絕接收對自己不利的評價。
想像一個情境:如果Alice是Airbnb的使用者,Alice常常透過Airbnb租房,且Alice曾經獲得獲得許多Airbnb房東的好評;有一天Alice想透過Booking.com訂房,http://xn--alicebooking-kt4so6lvyab96x7trhi5b54x.com/,所以在Booking.com上沒有任何評價,萬一Booking.com的房東不想把房子租給來路不明的客人,那Alice要如何向Booking.com的房東證明她其實都是用Airbnb租房,且獲得許多好評?
Alice雖然可以透過截圖或公開自己的資訊向Booking.com的房東證明自己擁有這些好評,但這樣Alice的隱私或許會被洩漏,例如Alice不想讓Booking.com的房東知道自己去過哪些地方、住過哪些民宿;或者Alice有可能偽造截圖,或者偽造評價,那Booking.com的房東要如何相信Alice所提供的證明文件是真的來自Airbnb的房東?除此之外有沒有更彈性的方式,Alice可以選擇性地向Booking.com的房東證明,自己至少有10個好評,但不透露自己總共有多少好評?
Photo by Andrea Davis on Unsplash
使用Unirep協定就可以解決這個問題。UniRep 取名自 Universal Reputation,希望透過區塊鏈上智能合約的可互用性 (interoperable,指智能合約容易被多方呼叫且容易透過智能合約與對方互動),讓不管是Airbnb的房東、Booking.com的房東或是Alice都能很容易地透過Unirep的智能合約與對方互動,且透過零知識證明的方式,讓Alice的評價具有隱私的保障,Alice不用明確地向Booking.com的房東說這些評價是怎麼獲得、是什麼時候獲得,也可以彈性的證明自己至少有多少好評,或者最多有多少差評。
密碼學
Unirep主要用到的密碼學方法有
雜湊函數 hash:若有一個雜湊函數 f(x) = y 則由x可以很輕易的用f算出y,但從y推回x是幾乎不可能的,且要找到兩個不同的x對應到相同的y也是幾乎不可能的(沒有碰撞問題)。
零知識證明 zero-knowledge proof:可以將複雜的運算邏輯轉成容易驗證且具有隱私保障的驗證問題,使用者只要將變數輸入,這個零知識證明的演算法就會產生對應的證明且計算出對應的結果,使用者只要將此證明和運算結果輸入驗證的程序中,其他人就能驗證使用者是不是提出正確的證明,若驗證成功,則驗證者就能相信提出證明者高機率擁有正確的知識,也就是在計算證明時的輸入變數。
ZKP Proof System
ZKP Verification System
Semaphore:semaphore 是設計為可以用零知識證明驗證的身份認證系統。Unirep 中用來產生私鑰 (identity) 和公鑰的 hash 值(identity commitment),讓使用者不必公開 identity 仍能透過零知識證明驗證其公私鑰的對應性。
雜湊樹 Merkle trees:Unirep 中大量運用雜湊樹的方式確保評價紀錄,而其中用到的雜湊樹又分兩種:Incremental merkle tree 和 Sparse merkle tree
Incremental merkle tree: 從 index 0 開始依序插入雜湊樹中的樹葉。為了使 ZKP 的 circuit 大小固定, Unirep 中使用固定高度的 Incremental merkle tree。
Sparse merkle tree: 在特定的 index i 插入樹葉
Incremental merkle tree and sparse merkle tree
UniRep中用到的名詞定義
Epoch
指一段特定的時間,例如7天
UniRep 的 Epoch 從 1 開始計算,7天過後Epoch數加一,即 Epoch 變為 2
Epoch Key
每個使用者在每個 Epoch 都能產生 n 把 Epoch key,用來收取評價 epoch_key = hash (id, epoch, nonce)
id: 這裡指用 semaphore 產生的 identity
epoch: 表示這是在第幾個 epoch 產生的 epoch key
nonce: 若 Unirep 規定使用者能在一個 epoch 產生 5 把 epoch key,則使用者可以選從 0 到 4 為此 nonce
因為雜湊函數的性質,算出來的 epoch key 很難推回原本的 id, epoch, nonce, 所以看到 epoch key 並不能推回使用者是誰。
以Alice為例,當Alice住完Airbnb,房東會透過 epoch key 給予 Alice 評價,但房東無法知道 Alice 在同個 epoch 的其他 epoch key 是哪一把,也無法知道 Alice 在別的 epoch 獲得的評價,除非 Alice 在這個 epoch 重複使用同一把 epoch key 收取評價。
User 使用者
用 semaphore 產生 identity 並使用此 identity 註冊的使用者
使用者是接收評價、證明評價、或是花費評價的人,用 epoch key 跟其他人互動,因為 epoch key 會隨著 epoch 增加而改變,所以對使用者來說每個 epoch 能產生的 epoch key 都不同,具有保護隱私的效果。
在上面的例子中使用者指的是 Alice, Bob, Airbnb 的房東, Booking.com的房東
Attester 證人
用 Ethereum address 或 smart contract address 註冊的用戶
是會被使用者記錄下來的評價給予者
Unirep 會給這些 address 一個 attester ID,而這個 attester ID 不會隨著 epoch 增加而改變,使用者可以知道這個評價是來自哪一個 attester。
在上面的例子中指的是 Airbnb 跟 Booking.com,因為 attester ID 不變,所以使用者可以證明這些評價是來自於 Airbnb 或是 Booking.com
User State Tree (UST)
是一 Sparse merkle tree
每個使用者都有自己的 User State Tree,其中樹葉表示所收到的評價的hash值,而葉子的 index 表示 attester ID,UST 樹葉的定義為
USTLeaf = hash(posRep, negRep, graffiti)
例如 Airbnb 的 ID 是1,Booking.com 的 ID 是 3,那 Alice 的 User State Tree 中 index 為 1 的地方會有自己在 Airbnb 獲得的總評價的 hash 值,而 index 為三的地方則為空的評價。另一個使用者 Bob 的 User State Tree 亦同,在 index 為 1 的地方會有自己在 Airbnb 獲得的評價,在 index 為 3 的地方會有自己在 Booking.com的評價。
Global State Tree (GST)
是一固定樹高的 Incremental merkle tree
Global State Tree 的葉子到樹根都是公開的資訊,當有使用者註冊或者更新 User State Tree 時會在 Global State Tree 裡新增一個新的樹葉,GST 樹葉的定義為:
GSTLeaf = hash(id, USTRoot)
先送出的樹葉先插入到較前面的 index,之後的樹葉依序插入 GST 中。
以 Alice的例子來說,當 Alice跟 Bob註冊 Unirep時,都會產生一個 GST的樹葉,更新 GST的樹根,若 Alice先註冊,則 Alice的 index會較 Bob前面。注意,這邊的 Airbnb 和 Booking.com 等 attester 並不是用這棵 Global State Tree註冊。
Epoch Tree
是一個 Sparse merkle tree
Epoch Tree 跟 Global State Tree 一樣從葉子到樹根都是公開的資訊,Epoch Tree 中樹葉的 index 為 epoch key,而樹葉的值為該 epoch key 的 sealed hash chain
每個 epoch key 都有一個 hash chain,hash chain 的定義為
hashedReputation = hash(attestIdx, attesterID, posRep, negRep, graffiti)hashChain[epochKey] = hash(hashedReputation, hashChain[epochKey])
此 hash chain 是為了防止使用者漏收了哪一筆評價,如果使用者少收了其中一筆評價,則 hash chain 的結果會完全不同。最後驗證時如果其中一個 epoch key 的 hash chain 改變,會造成 epoch tree 樹根跟原本的 epoch tree 的樹根不同。
而 Sealed hash chain 是在每個 epoch 結束後,Unirep 智能合約會再將這條 hash chain 再 hash 一次
sealedHashChain[epochKey] = hash(1, hashChain[epochKey]) isEpochKeyHashChainSealed[epochKey] = true
需要再把這條 hash chain 封起來的用意是,避免這把 epoch key 過了這個 epoch 之後再繼續接收評價,所以 epoch tree 會用這個 epoch key 最後的 sealed hash chain 去計算樹根。
Nullifier
中文翻譯為註銷符,當我們要防止一件事情重複發生時,就可以使用這個 Nullifier
Unirep 中使用到 Epoch key nullifier:此 nullifier 是用來限制使用者不能在不同的 epoch 使用重複的 epoch key 去收取評價,也不能被其他使用者使用;此外也可以用來檢視使用者是否重複執行 UST 的更新
Nullifier 也用 hash 計算,但多使用一個 domain 變數,避免與 epoch key 產生相同的 nullifier 而洩露自己擁有的 epoch key,也可以用不同的 domain 產生不同用途的 nullifier
epochKeyNullifier = hash(EPOCH_KEY_DOMAIN, id, epoch, nonce)
Epoch Transition
一個 epoch 結束過後,要透過 epoch transition 的步驟,更新 Unirep 及使用者的狀態
其中要做的事包含將智能合約上的 epoch 數加一,還有將所有 epoch key 的 hash chain 封起來
接著使用者就可以執行 User State Transition 更新自己的 UST
User State Transition
到下一個 epoch 後,使用者可以透過自己的 identity,找出自己在前一個 epoch 所有的 epoch key,並根據每把 epoch key 收到的評價更新到自己的 UST,最後計算出最新的評價狀態,產生一個 GST的樹葉,插入 GST 中 (如同註冊時一樣)。
使用者之後如果要花費評價或者產生下一個 epoch 的 epoch key 時,因為必須確認自己的 UST 在當前的 epoch,所以需要經過 User State Transition 確保自己有一個 GST 的樹葉在 GST 中。
Unirep 協定
有了 Unirep 的名詞定義後,接著介紹 Unirep 是如何運作的。
註冊
Unirep 的 user 和 attester 的註冊方式不同:
User signup and attester signup in Unirep
User
User 透過 semaphore 產生 identity 和 identity commitment,identity 就如同私鑰,identity commitment 就如同公鑰
將 identity commitment 和預設的 UST 樹根經由 hash 計算得 GST 的一個樹葉
若使用者要證明自己在某個 epoch 有註冊或者有更新自己的 UST,則證明自己是 GST 的某一個樹葉,利用零知識證明的方法,輸入 identity、UST 樹根,還有 merkle tree 中要計算 hash 值的相鄰節點,則最後可得到一個 GST 的 root,其他人可以驗證這個 GST 的 root 是否符合這顆公開的 GST。
Attester
Attester 則是用自己的錢包,或者用智能合約的地址註冊,呼叫 attester sign up 的 function 後,Unirep 會指定一個 attester ID 給這個地址,往後 attester 用相同錢包或合約地址給予評價時,Unirep 會檢查此地址是否被註冊,若有註冊則可以給予 epoch key 評價。
以 Alice 和 Bob 為例,Alice、Bob、Airbnb的房東、Booking.com的房東會產生 identity 並且透過 Unirep 合約用 user 的註冊方式獲得一個 GST 的樹葉代表自己;
而 Airbnb 和 Booking.com 會透過 attester 的註冊方式,使用特定的錢包地址或是撰寫智能合約呼叫 Unirep 的 attester sign up function。
當然 Alice 或 Bob 如果想用自己的錢包註冊為 attester 也是可以,這時合約就會紀錄 Alice 和 Bob 的錢包地址,並給予一個新的 attester ID。
給予評價
在 Unirep 中評價的接收者是 epoch key,接著介紹 user 和 attester 是如何互動。
How an attester gives reputation to an epoch key
Alice 在 Unirep 註冊過後,就可以產生 epoch key 接收評價
epochKey = hash(identity, epoch, nonce)
但 Airbnb 的房東看到這把 epoch key,要如何知道 Alice 確實是 Unirep 的合法使用者,且 epoch key 的 是合法的,例如 nonce 小於 5,或者 epoch 是當前的 epoch?
如果 Alice 直接提供 epoch 和 nonce,別人沒有 identity 也無法計算此 epoch key,更不用說如果 Alice 提供 identity 會造成 Alice 完全沒有隱私可言,所有人都可以計算出 Alice 收過哪些評價。
因此我們用一個零知識證明,證明此 epoch key 是合法的。細節請參考 epoch key proof,主要是證明使用者有一個合法的 GST 樹葉在 GST 中,並且 epoch 和 nonce 也都符合。
房東得到 Alice 提供的 epoch key 和 epoch key 的證明,並且透過 Unirep 的合約驗證通過之後,就可以給予評價。
獲得空投評價、使用者可以給予評價的限制可以由各個應用自行定義,例如 Airbnb 可以決定空投 30 個正評給使用者, Booking.com 可以決定空投 20 個正評給使用者。
另外,為了確認房東也是合法的使用者,也為了防止房東重複花費 (double spending) 自己的評價點數,Unirep 上的應用也可以用 reputation nullifier 及其 proof 去證明使用者合法使用自己的評價。
例如,此 reputation nullifier 可以用下列計算方式取得:
reputationNullifier = hash(REPUTATION_DOMAIN, id, epoch, nonce)
當 reputation nullifier 及 proof 產生後,就會與房東要給的評價一起發送到 Airbnb 的智能合約上,智能合約會驗證 proof 是否合法,nullifier 是否有被發送過,若檢查都通過的話則 Unirep 會紀錄此評價給 epoch key,並將 hash chain 更新。
接收評價
使用者即使可以證明自己擁有哪一把 epoch key 並且大家都知道這把 epoch key 有多少評價,但這有可能造成使用者故意忽略其他把 epoch key 中對自己不好的評價,因此 Unirep 限制使用者只能在每個 epoch 結束,每把 epoch key 都封起來之後,才能用 User State Transition 更新自己的評價。
User State Transition in Unirep
這裏也是用 User State Transition Proof 去保證使用者是根據正確的方式計算出最新的 UST,且用 epoch tree 限制使用者必須處理每一把 epoch key 的結果。
亦即,需要等到 epoch 結束後,Alice 才能透過 User State Transition 獲得 Airbnb 房東的評價,更新自己的使用者狀態。
證明評價
當使用者通過 User State Transition 之後會有最新的 UST 狀態,此時 Alice 就可以透過 reputation proof 向 Booking.com 她有來自 Airbnb 的評價,在reputation proof 中檢查使用者是否有其宣稱的 UST (例如總共有多少好評、多少差評來自哪一個 attester ID),並且此 UST 的狀態儲存在當前 epoch 的 GST 中。
在生成 reputation proof 時,即使 Alice 總共有 100 個好評,但 Alice 仍可以產生「至少有10個好評」的證明,Booking.com 的房東若驗證成功,則只能知道 Alice 宣稱的「至少有 10 個好評」而不能知道 Alice 總共有 100 個好評。
常見問題
Alice 能不能給 Airbnb 的房東評價? Alice 能不能給 Bob 評價?
可以。
Airbnb 的房東和 Bob 也都能產生 epoch key,因此如果 Alice 有兩者的 epoch key 及合法的 proof 則可以給予評價。此時 Alice 可以選擇透過 Airbnb、Booking.com、或甚至自己的 Ethereum account 當作證人給予評價 (也必須選擇一個證人)。
Alice 可以透過 Unirep 給 Airbnb 評價嗎?
如果 Airbnb 也透過 Unirep 註冊為使用者,並且產生 epoch key 的話就可以。但如果 Airbnb 只註冊為證人的話不行。
Alice 可以證明評價來自哪一個 Airbnb 房東嗎?
如果 Airbnb 的房東沒有註冊為證人,則 Alice 不能證明評價來自哪個房東。
若 Airbnb 的房東用自己的 Ethereum account 註冊為證人,則 Alice 只能證明評價來自這個 Ethereum account,但無法知道這個 account 是一個 Airbnb 的房東。
從 Airbnb 獲得的評價可以在 Booking.com 花費嗎?
需看 Booking.com 的智能合約如何定義,但一般來說不行,因為 attester ID不同,但未來可能會開發各個應用程式之間的兌換評價功能。
如果遲遲不執行 User State Transition 會發生什麼事?會不會收不到之前的評價?
若 Alice 在第一個 epoch 註冊,並在第一個 epoch 產生 epoch key 接收評價,但 Alice 到第五個 epoch 才執行 User State Transition,那 Alice 會根據第一個 epoch 的 GST、epoch tree 執行 User State Transition,因此仍然可以在第五個 epoch 收到來自第一個 epoch 的評價;而在第二到第四個 epoch 因為 Alice 無法產生出合法的 epoch key proof,因此無法接收評價。
User State Transition 可以自動執行嗎?
不行。
只有使用者主動給出私鑰,即 semaphore 的 identity,才可以產生合法的 User State Transition proof,若將私鑰交給第三方幫忙執行可能會侵害使用者的隱私。
結論
Unirep 是一個具有隱私保障的評價系統,透過 ZKP 的保護使用者可以在匿名的情況下收取評價、給予評價、並且向他人證明自己的評價。Unirep 可以用於跨應用程式間的評價證明,可以在 A 應用程式中獲得評價,並向 B 應用程式證明在 A 應用程式中獲得多少評價。若想了解更多有關 Unirep ,可以參考 Github、文件或加入 telegram 群組討論。
本文感謝 CC, Nic, Kevin, Doris 協助審稿。
Unirep介紹: 使用ZKP的評價系統 was originally published in Taipei Ethereum Meetup on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.
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📜 [專欄新文章] Crosslink Recap —— Design pattern: build your first profitable DApp and smart contract
✍️ Feihu Tang
📥 歡迎投稿: https://medium.com/taipei-ethereum-meetup #徵技術分享文 #使用心得 #教學文 #medium
上文 里說到,這幾天我會在臺北的 Crosslink 作為文字組的志願者,此次我負責這個議程的記錄,裡面非常多的 insight,我聽了非常感動。
會後,陳品來和我說,這次有一點遺憾是自己選擇使用英文,但是自己的英文並不足夠流利,使得大概只是介紹 slide 內容本身,如果用中文的話,就可以捕捉到更多的信息了。但是我覺得現在的版本就已經足夠好,會議當天臺下也有很多 foreigners,這種偶爾選擇走出自己舒適區的方法也是非常值得鼓勵!
陳品和我同是 TPE 的演講者,同時又都在去年成立了自己的 Dapp Startup,我們之間 share 著許多共同的觀點,這一次能夠記錄這個議程,也可以從側面描述一些從我的視角出發的補充論據。這里順便吐槽一下,剛從大阪 Devcon 回來,去了北京 Dragonfly,為了參加 Crosslink,中間不得不又回到日本,差點沒累個半死 …
參考資料
Bilibili, 演講回放 | Youtube 分流
Slide, Design Pattern: Build Your First Profitable DApp and Smart Contract.
Slide, Web3 Business Models by @owocki
加密協議的本質已不是「去中心化」,而是區塊鏈的可分叉
Multicoin:论 Layer 1 和 Layer 2 的价值捕获
論開放式金融框架下價值捕獲的重要性
五分鐘概覽 DeFi 當前常見的商業模式
挑戰
回到當天的議程。首先陳品介紹了 Dapp 開發者所面臨的挑戰,他將一個 Dapp 的生命周期,劃分為三個階段:
Bootstrap 冷啟動
Value Capturing 價值捕獲
Sustainability 可持續發展
其中最難的也是最核心的是第二個階段,Remember what has been told by Felix?
緊接著,陳品類比擴容悖論(Scalability Trilemma) 提出了 Dapp 悖論 (Dapp Dilemma)。開發一個 Dapp 非常容易,但是要開發一款可持續盈利的 Dapp 卻非常困難。究其原因,就是 Dapp 合約在默認情況下應當是開源的,而開源則意味著任何人都可以 fork ,然後將手續費設置成更低甚至是免費的版本。然而開源,或者說 「可分叉性」 ,這柄高懸在開發者頭頂的達摩克利斯之劍,又恰恰是她最迷人的地方。開源、自治、可持續,是每一個 Dapp 開發者所追求的極致的目標。
如同擴容悖論 (Scalability Trilemma) 只是 hard to achive 一樣,Dapp 悖論 (Dapp Dilemma) 也並非無解。
月前 Shell Xu 在 Linux Story 群里有一次 關於開源盈利模式的討論。Btw, 我之前在 Github x 平安雲的活動上, 還有幸聽了 Shell 的一節課 。
Shell 認為開源的盈利模式,有很多種,其中包括:
捐助 有很多成功的例子。甚至還有專門的網站 Patreon,ci-en 以及 愛發電。一些比特幣和匿名幣的開發者也依靠這種模式。軟體開源,但是往 AppStore 賣的話,實際也算是捐助,例如 keka 和很多 shareware games。 (這麼說來,itch 里自由定價,其實理論上也算是捐助吧。)
軟體免費,服務收費 代表 Red Hat
雙授權 代表 GhostScript 和 MongoDB
基金會 然後基金會又分為好幾種模式。 其中最成功的要算 Apache 基金會,參見 從用戶成為“股東” — — 在 Apache 基金會的 2600 天(Mozilia 你還好嗎 — — ?)
緊接著我提到,發幣其實也是一種。這一點最好的文章是 Naval 14 年寫下的那篇著名的 《比特幣眾籌模式》。這個觀點 Shell Xu 也非常認同,並且他還特別指出發幣事實上是很成功的一種手段。另外,最後我的觀點,我後來也專門寫了一篇文章, from open source to self hosting … 這是一個 Self hosting 的例子。
案例
EasyDAI
接下來陳品開始分析一些實際的案例,首先從自己的作品開始。
使用者將以太幣存入後,便會透過智慧合約自動執行,將以太幣兌換為美元穩定幣 DAI,隨後把 DAI 存入 Compound 借貸放款平臺,經由智慧合約去中心化地放款給其他有融資需求的用戶來獲得利息。
—— EasyDAI
我們看到 EasyDAI 的一筆交易中,會同時調用經過多個智能合約,這種互通性(Interoperability),也是 DeFi 項目的魅力之一。參見 InstaDApp, Bridge Protocols 。
Bancor VS Uniswap
剛才說到,發幣也是一種商業模式。談及 ICO,雖然我们都知道 Linux 那句著名的 Talk is Cheap,Show me the code,但在區塊鏈的世界,通常的作法則是 You reap, before you sow。但是並不是說,發幣就是解決所有的問題銀彈,可以參見 Gitcoin 的那篇,而一個多餘的 Token 帶來的後果很可能是災難性的。
Why Gitcoin Didn’t Launch With A Token
比較 Bancor 和 Uniswap,Uniswap 勝出已成公論,原因很多。首先 Uniswap 不會被 Bancor 代幣尋租(之前 Bancor 的運營人員有聯絡到我們希望幫我們的 EOS 代幣上 Bancor 交易所,當然代價是 5000 usdt。。。)。
然後更致命的原因 Bancor 的流動性是死的,而 Uniswap 協議的流動性足夠靈活,可以隨著市場的變化,動態調整。
最後 Bancor 協議的前提,假設 cw 是定值看起來也很沒道理。而所有這些原因,導致的結果就是會是 Bancor 錨定的代幣,缺少脫鉤的機制。關於這個論點,我之前在 Dapp Review 專門寫過文章: 重新審視 Bancor 演算法,為什麼 cw 是失效的設計 。
Kybey
接下來列舉了一個中庸的例子,Kybey。他依靠著 offchain 的設計,避免自己過早的遭遇分叉,從而也成功的積累了網路效應。
Raiden Network
而作為失敗例子的代表,相比於 Lightning,Raiden 網路發行了自己的代幣,並且類似以太坊那樣將這種代幣作為手續費,但是這種做法並沒有捕獲到 Layer2 的價值,從而導致項目的失敗。
MakerDAO
最後陳品舉了一個正面的價值捕獲的例子 — MakerDAO,這個觀點也和此前 X-Orde 群里 Tina 的看法一致。
結論
回到 Dapp Dilemma,因為 Smart Contract 默認你就是需要開源的,所以所有開源軟體會遇到的問題,你大概也都會遇到,而解決這一問題的唯一方法,陳品在 slide 里也進行了總結,就是 在被分叉之前,捕獲足夠的價值,從而積累出足夠的網路效應作為你的壁壘 。
QA
Q: 如何實現閉源。
A: 不要在 etherscan 里 verify source code 就可以了。 這里我還有一個小的疑問,因為實際上我們所有的 bytecode 已經上 EVM 了,這里是否有可能被逆向工程?@陳品
Q: 閉源真的有用戶來用嗎?
A: Of course。
Q: How about PollTogether?
A: 這是一個價值捕獲的好的例子,等到他們開源的時候,合約里已經有足夠吸引力的 deposit 了。
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📜 [專欄新文章] Ethereum RNG (RANDAO & VDF)
✍️ Kimi Wu
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Ethereum RNG solution(RANDAO & VDF)
RNG是Random Number Generator,也就是亂數產生器
在現實世界中要產生真正的隨機數,其實不容易,各個語言的library所提供的隨機數,都是偽隨機數,是可以預測的,不過在大部分的應用場域,都是可以應付的。區塊鏈的世界,面對的是全世界的人,怎麼產生不可預測的隨機數,就很重要,不然就可以被有心人所操作。例如Ethereum Beacon chain(POS chain)中的validator/attester(產塊跟驗證的角色),若是可以被預測,那大概就沒有人會相信這條鏈了。而這也是Ethereum Serenity(Eth-2.0),所遇到的問題之一。目前隨機數的產生,就由RANDOA + VDF所產生,以下就分別介紹
RANDAO
RANDAO是利用經濟模式(獎勵跟處罰)的方式,促使在公共場域中能產生隨機變數
原理很簡單,想參加的人把拿錢來抵押,需要產生隨機數的人要付錢。所以參加者就可以從中分潤,當然不守規矩抵押的錢也就會被沒收,利用獎勵跟處罰的方式迫使大家都守規矩。詳細步驟如下:
首先,會有個收集seed的時間,例如6個block的時間。接著,想參與的人,投入某個數量的ETH到RANDAO這個smart contract(作質押),然後附上secret(某個只有你知道的值s,然後作sha3)。
等收集時間結束,就是驗證時間。此階段所有參與著需要把s傳入smart contract做驗證,smart contract會把s作sha3,去驗證是不是跟第一階段傳進來的一致。最終會把驗證過的s當作seed去產生隨機數。
最後,就是產生隨機數,然後把隨機數傳給之前有請求過的contract。然後歸還質押的ETH跟利潤分給參與者。
此外有幾個附加條件
第一階段若收集到數筆一樣的secret,只接受第一筆
第一階段會規定基本人數,若結束後未到達人數門檻,則此次的產生就失敗
若第二階段需提供s3.1 若未提供,則質押的ETH會被沒收3.2 若此階段有一個以上參與著未提供s,則此次產生失敗,並且把沒收的 ETH分給有提供s的參與者。且退還請求者所支付的ETH。
VDF
VDF 全名為Verifiable delay functions,從字面上有點難懂在幹嘛,從運作方面做解釋,就是輸入一個值,然後運算一段時間(delay),得出一個結果,最後這個結果是可以被輕易驗證的。如下列算式,
f(x) = g(g(g(g(….g(x)….)))) where g(x) = xor(x^((p+1)/4), 1) mod p 其反函數為h(x) = xor(x, 1)² mod p
上面提到「運算一段時間」的運算,其實是重複做同一種運算,從數學式看就很清楚,把x帶入g(x),然後把算出的結果再帶入g(x)。所以同一段時間,如果能迭代的次數比其他人多,那其他人就猜不到結果,也就沒辦法預測亂數結果。
最後,介紹一下這兩個方法怎麼運用在Ethereum Serenity中
首先,RANDAO會在內建在Beacon chain的邏輯中,而不是一個獨立的smart contract,但RANDAO有個缺點,就是最後一位可以預測/操縱結果。如下圖,因為最後一位可以知道前面的值,所以在最後可以決定要出值或是不出,因此可以操縱結果。(目前epoch是64個slot,而每個slot是6秒,所以epoch約是6.4 minutes)
source : Justin Drake slides on DevCon4
所以設計上除了RANDAO,還多一層VDF。 VDF把RANDAO產生出來的亂數當種子去產生亂數,而且計算時間要夠長(至少要一個epoch,目前規劃是10個epoch,不過相信還會有變動),如下圖
source : Justin Drake slides on DevCon4
實際的lifecycle會像這樣,在VDF計算完後,會有一個epoch的緩衝讓這個亂數可以上鏈,然後接著下一個RANDAO mixing。
source : Justin Drake slides on DevCon4
但問題來了,怎麼確保沒有人算得比你快??
所以Ethereum Foundation計畫做硬體,設計新的ASIC晶片來計算VDF,以確保沒人可以預測最終的亂數。實際設計當然不是Foundation的researcher們,他們找了學界跟產業的IC design專家做設計,因為硬體研發費用龐大,Filecoin也一起支援這項計畫。更多細節的部分,可以參考Minimal VDF randomness beacon
other references :RANDAO中文白皮書Justin Drake explains “Ethereum 2.0 randomness” on Devcon4
Originally published at kimiwublog.blogspot.com.
Ethereum RNG (RANDAO & VDF) was originally published in Taipei Ethereum Meetup on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.
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