Tầm quan trọng của việc tạo ra tính ngẫu nhiên trên các blockchain

Trong thế giới vật chất, thật dễ dàng đạt được tính ngẫu nhiên bởi vì bản chất tự nhiên là rất ngẫu nhiên. Nhưng trong thế giới kỹ thuật số, mọi thứ hơi khác một chút và thường yêu cầu một số dạng ngẫu nhiên do con người tạo ra để tạo ra kết quả mong muốn.

Bộ tạo số ngẫu nhiên (RNG) là một phần mềm hoặc phần cứng được sử dụng trong máy tính để tạo ra các số ngẫu nhiên. Công cụ này tìm cách đạt được sự công bằng trong các ứng dụng có chức năng cốt lõi dựa vào việc tạo ra các số ngẫu nhiên. Một vài ví dụ bao gồm trò chơi và xổ số.

Đặc biệt, các blockchain chia sẻ mối quan hệ độc đáo với loại công nghệ này vì blockchain được xây dựng dựa trên ý tưởng phân phối công bằng các cơ hội trên một khuôn khổ phi tập trung. Từ các ứng dụng phi tập trung đang nở rộ (dApps) trên Ethereum đến các hộp mù NFT trên chuỗi đang ngày càng phổ biến, RNG là yếu tố bắt buộc để đạt được các đầu vào ngẫu nhiên không thiên vị nhằm cải thiện độ tin cậy và trải nghiệm người dùng.

Thách thức của việc tạo ra sự ngẫu nhiên không đáng tin cậy

Tuy nhiên, việc tạo ra các số ngẫu nhiên nhân tạo, an toàn và mạnh mẽ có khả năng áp dụng cho các tình huống đòi hỏi tính ngẫu nhiên duy nhất và không tin cậy trên các mạng phi tập trung nói dễ hơn làm.

Trong khi có một số phương pháp tạo ra tính ngẫu nhiên cả trong thế giới vật chất cũng như trong không gian mạng, chất lượng của sự ngẫu nhiên đạt được chủ yếu được phân loại thành hai loại tức là kết quả thực sự ngẫu nhiên và kết quả giả ngẫu nhiên.

Số thực sự ngẫu nhiên (TRN) tận dụng các quá trình vật lý trong thế giới thực. Các bộ tạo số ngẫu nhiên này thường dựa trên các sự kiện vi mô tạo ra các tín hiệu xung ngẫu nhiên mức thấp. Điều này làm cho việc sử dụng TRN không thực tế trên các blockchain vì rất khó triển khai các sự kiện nhỏ này vào mã của một mạng phi tập trung.

Mặt khác, số giả ngẫu nhiên (PRN) được tạo ra bằng cách sử dụng các thuật toán toán học như mã xác thực thông điệp băm khóa công khai (HMAC) cũng như chữ ký ngưỡng.

Nhìn chung, một trình tạo số ngẫu nhiên lý tưởng trên một khuôn khổ phi tập trung phải có các thuộc tính cơ bản sau:

Tính duy nhất ngẫu nhiên

Đầu ra của RNG phải không thể đoán trước, duy nhất và độc lập giữa mỗi đầu ra. Nếu không, những kẻ tấn công có thể cẩn thận chọn các số ngẫu nhiên và khai thác hệ thống. Nói một cách đơn giản, điều này có nghĩa là sau khi sản xuất “đầu ra A”, việc sản xuất “đầu ra B” sau chỉ phụ thuộc vào xác suất xuất hiện của nó (B), chứ không phụ thuộc vào đầu ra trước đó (A) hoặc đầu ra trong tương lai (C, D, E ..). Trên một khuôn khổ phi tập trung, mức độ duy nhất này nên được áp dụng cho toàn bộ tập hợp các nút tạo số ngẫu nhiên chứ không chỉ một phần của các nút trong mạng.

Không tương tác

Trên blockchain, có thể tạo các số ngẫu nhiên theo cách phi tập trung. Tuy nhiên, chi phí liên lạc sẽ trở thành một hạn chế hoặc một “điểm lỗi duy nhất” cho toàn bộ hệ thống. Một thuật toán RNG cần loại bỏ đầu ra của “Hàm cửa sập” cho phép khả năng phát hiện bí mật với đầu vào phù hợp. Nhìn chung, các RNG không tương tác đảm bảo khả năng xuất bằng không, do đó đạt được giao tiếp một chiều an toàn cho mỗi nút RNG.

khả dụng

Tính khả dụng nhất quán của các dịch vụ RNG cơ sở là rất quan trọng đối với các mạng phi tập trung. Tuy nhiên, thời gian hoạt động của các nút hệ thống phi tập trung hiện tại là không thể đoán trước. Do đó, thuật toán RNG nên cung cấp tính khả dụng dựa trên các nút không thể đoán trước. Ví dụ: các phương pháp như chữ ký ngưỡng hoặc đa chữ ký hoạt động tốt hơn trong các hệ thống phi tập trung với hơn một nửa số nút bắt buộc có sẵn tại bất kỳ thời điểm nào. Tỷ trọng này dao động từ 50% đến 90%. Nếu bạn có một hệ thống có sẵn ít hơn một nửa số nút, điều quan trọng là phải tạo nhiều đường dẫn thay thế hơn nếu một số nút không thể truy cập được. Ví dụ, nếu có 5 chữ ký bắt buộc, thì 3 bản sao lưu cũng nên được sử dụng. Tuy nhiên, bất kỳ phương pháp phục hồi nào sẽ phụ thuộc vào tính khả dụng của các nút RNG trong mạng.

Chữ ký BLS ngưỡng: nó có phải là một giải pháp khả thi?

Ngưỡng chữ ký BLS (Boneh Lyn Shacham) là một sơ đồ chữ ký kỹ thuật số mật mã là một công cụ thay đổi trò chơi cho bất kỳ mạng phi tập trung nào. Sơ đồ chữ ký kỹ thuật số này có thể tạo ra tính ngẫu nhiên mà không cần dựa vào trình tạo TRN cộng với nó so sánh thuận lợi với các thuật toán khác, chẳng hạn như ECDSA phổ biến.

Chữ ký ngưỡng BLS được coi là nhanh hơn và có thể mở rộng do đó các nhà phát triển Ethereum 2.0 chuyển sang tiêu chuẩn BLS12-381 làm sơ đồ chữ ký chính của mạng. Việc áp dụng tiêu chuẩn chữ ký ngưỡng BLS sẽ cho phép các ứng dụng dựa trên BLS chạy trên Ethereum.

Hơn nữa, phiên bản ngưỡng của chữ ký BLS mạnh mẽ trên các hệ thống phi tập trung cho phép nhiều nhất một nửa các nút nhóm trên mạng phi tập trung chịu trách nhiệm tạo ra tính ngẫu nhiên. Điều này cho phép có đủ số lượng các nút tham gia, do đó cho phép tính khả dụng nhất quán của các nút RNG cũng như bảo mật mạng.

Các giải pháp hiện có khả thi

Một trong những cách triển khai tốt nhất hiện có của chữ ký BLS ngưỡng là kiến ​​trúc RNG của ARPA. Nó không chỉ cho phép mọi người chạy một nút tính toán RNG trên một mạng phi tập trung mà còn đi xa hơn nữa để đảm bảo tính toán có thể xác minh được ngay cả trong các điều kiện đa số độc hại trên mạng. Các giao thức cần đáp ứng tất cả ba tính năng cần thiết của một Trình tạo số ngẫu nhiên đáng tin cậy, năng động và phi tập trung vì nó có khả năng học hỏi theo thời gian để cải thiện kết quả.