随机数|读懂Dfinity：去中心化云计算平台+高性能区块链网络( 三 )

R+1 step0 同步正确区块，R+1 轮开始，回到 step1 *注 3

-*注 1
重点：非交互式。DFINITY，首先由随机数公开的选出了 400 个客户端一组的出块组，来打包交易并出块。每一个客户端都会出块，还有一组同时随机数选出的验证者，他们会接受区块，同时运行一个根据随机数判断区块权重的协议，验证者只签名权重最高的节点，期间大家不会交互，不会进行拜占庭共识互相发送签名数据，主要是固定区块时间里不断寻找权重最高的区块即可。在一个区块接受到了超过 50% 个验证者的签名后（是单独签名的，不是一起联合签名的），系统会自动聚合区块上的签名，并确认区块为唯一，一但客户端观察到聚合的签名，就会进入下一轮共识。可以看到，整个过程都没有进行拜占庭协议，只是遵序三个原则：

客户端遵序最高权限的原则对区块签名，权重越高的链越会被确认
系统遵循 50% 以上签名产出随机数信标的原则
大家遵序一看到新的随机数信标马上进入下一轮共识的原则

三个原则剔除了多余的无效区块，获得了唯一的区块，从而近似的达成了一致性共识（说近似是因为可能有同时存在两个被公证区块）。整个通讯过程几乎为零，在广播 gossip 协议的网络中，一个有 400 个节点的组网，只需转发大约 20KB 的通信数据，即可产生阈值签名。而一个小组的分布式签名密钥的生成，是在小组创建时就分配好的，不需要在共识阶段产生，一次生成多次使用。类比一下非常相似但由两轮拜占庭共识交互的 Algorand。Algo 的随机数抽签过程是隐秘式的，也就是说节点只知道自己被选择与否，它却不知道全网中有多少节点被选中。因此 Alogo 共识前必须遍历一编全部网络，进行一次拜占庭才能知道全部的被选取的验证组，因此这里的延迟时间与带宽使用就很高了。再加上前面讲的超大验证组（2000 人到 4000 人）的拜占庭通讯轮次与签名数据的问题，Algo 共识下带宽使用非常爆炸，这种人是没这个能力参与的。

*注 2重点：性能和安全性都很高的随机数算法。Dfinity 所用的随机数算法是 VRF。VRF 涉及很多数学演算，我们可以将其视为一个黑箱子，一段是输入，一段是输出。输入是一组客户端的签名，输出是一个准确的随机数。只有在获取了足够多的客户端签名，黑箱子才能输出随机数，再此之前，没有任何一个客户端能知道或预测它的输出。「足够多」签名的阀值为 50%，因此这个 VRF 的过程也叫做「阀值签名」。这个 VRF 具备三个特点：
可验证：一但输出了随机数，大家都可以拿着客户端的签名对其进行验证。VRF 的 V 就体现在这里。
唯一确定性：一但有超过 50% 的客户端发送了签名，黑箱子接受到后会获得唯一的一个确定的随机数。这里是因为使用的私钥签名算法具有唯一性，也就是统一密钥对统一数据的多次签名的结果都不相同，只有一个可以合法的验证。
非交互：在产生随机数的过程中，虽然黑箱子需要收集大家的签名，但是客户端之间不需要进行交流，更没法干扰到随机数的从产生。

在已知的密码学算法里，只有 BLS 算法能做到以上三点，而 BLS 算法的提出者之一「L」Lynn 正是 DFINITY 的高级工程师。其他的随机数方案，要么验证起来难度极高（连续哈希），要么无法保证唯一性，要么就是没有阀值的设计，必须进行交互，存在「最后一个参与者」就能间接影响随机数偏差的情况（以太坊的 RANDAO 与 VDF）。当然这个 VRF 还是一点问题，选取的一组共识者中如果有超过 50% 被攻击者掌握，那么他可以间接的干扰到随机数的生成，当然来预测随机数还是基本不可能的，没法直接控制。攻击者还可以不发送签名，让随机数生成过程停止，从而让整个系统宕机。（这个其实没有任何共识协议能顶得住）