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紫薇链ZVChain:基于 VRF 算法,专注 DeFi 应用场景

识算法是近年来分布式系统研究的热点,也是大发3d的关键技术之一。我们从当前主流的共识算法特点入手,研究一下 VRF (可验证随机函数)为什么有可能成为破解「不可能三角」的一条切实途径。而作为早期运用 VRF 的金融公链,ZVChain 已在大发3d与现实金融之间打造了一条实用通路,并在 VRF 领域有了更新的技术进步。

VRF 缘何在共识算法演变中崛起

众所周知,大发3d是分布式网络账本系统,它区别于现有网络中心化的架构,用密码学和经济学共同打造创新的共识机制和算法,展示公开透明的计算过程,达成人人可信的公正结果。然而,与一分PK10相伴而生的大发3d技术发展十年来,诞生的 PoW (工作量证明)、PoS (权益证明)、DPoS (委托权益证明)、PBFT (实用拜占庭容错)等各种共识算法,都无法突破业界公认的大发3d「不可能三角」:即大发3d网络无论采用哪种共识机制来决定新区块的生成方式,皆无法同时兼顾扩展性(Scability)、安全性(Security)和去中心化(Decentralization)这三项要求,至多只能三者取其二。

在大发3d从 PoW 机制向 PoS 机制进化之路上,不可避免地会碰到一个核心问题:舍弃 POW 这种强算力型的随机算法后,PoS 应该采用何种低功耗随机算法可以保证矿工记账权益的公正公平性的同时,还能保障系统鲁棒性。从以太坊迟迟未能升级 Casper 看出,真随机数问题一直以来是 PoS 的核心问题。

在此情况下,VRF 算法近年来得到越来越多人关注,它是一种低能耗、高效率的随机数算法,并提供了非对称密钥可验证机制。

VRF 算法,由莫卡利教授于 1999 年提出。作为一种基于密码学的新型共识模型,VRF 能产生具有个体属性且可验证的随机数;这种算法适用于高度去中心化、节点需要主动竞争胜出而非被动指定的场景;VRF 最大的优点是安全性,具备后验属性、抗攻击能力强、对算力需求低(具有较高的经济性),以及能快速共识。

VRF 共识具备 PoW 算法的形,且算力要求低。你可以想象它是一个黑盒子,当你往黑盒子里扔进去一个东西,里面会随机生成一个结果。如何将 VRF 运用到共识验证当中去呢?VRF 的方式是让各个节点轮流往这个函数(黑盒子)里输入值,输入值为自己的私钥和一个全网都知道的随机数。如果输出的随机结果满足阈值条件,那么就由该节点进行记账。

VRF 拥有诸多优点,但也存在缺点。首先,全网通讯造成等待时间长,从数据上来看,就算很小的出块,也会有十秒钟左右来等待所有提案者收到 proof (凭证)并进行验证的时间;然后,验证步骤需要数轮,很繁琐复杂;最后,签名数据量大,占用带宽。VRF 不仅是要求网络通讯量多,数据存储开销也大,因为签名的结果都需要上链并受其他节点验证。总的来说,验证耗时、大量占用网络带宽,是 VRF 的主要缺陷。

紫薇链ZVChain:基于 VRF 算法,专注 DeFi 应用场景

从上图可以看出 Algorand、DFINITY 和 ZVChain 都采用 VRF 加其他验证方式的 PoS 算法,从技术上看,共识算法的类型趋于同类。

以 DFINITY 为代表的项目存在有系统安全问题(例如 DDoS 攻击、提案者与验证组联手作恶),ZVChain 尝试通过「后验方式」解决。简而言之,参与者用自己的私钥自行计算 VRF,若满足提案条件则成为本轮提案者,打包交易完成提案区块后,将提案区块和凭证(VRF proof)一起对外广播,其他参与者通过凭证计算才能确定其身份合法性。因此,在本环节任务结束之前,参与者的角色身份均保密,极大程度避免了被恶意者「腐化」或者 DDOS 攻击的风险。

另外,ZVChain 还进行了一系列增强设计:提案者多点并行方式给出提案区块,在验证组内竞争签名达成共识。而针对最严重的 51% 攻击,目前在业内有提出“系统健康度概念”,即超级中心需要控制 95% 的节点,才能发起类似一分PK10的 51% 攻击。这些增强设计也都是 ZVChain 的业内首创。

ZVChain 在共识阶段采用与 BLS 算法相似的门限签名算法时,通过采用不同的椭圆曲线,以及更安全高效的双线性对算子,可以在提案区块进行验证的同时达成共识。这意味着效率将大大提高——layer 1 (一层) TPS 达 3000 以上同时又可以保持签名数据量小、每轮产生唯一且不可预测的随机数等优点。

概括来说,ZVChain 通过 VRF 算法进行秘密抽签,选择多名提案者并行提案,再通过门限签名算法来达成验证组内共识,优化了 Algorand、DFINITY 中存在的上述问题。

除了共识算法,其他方面对比如下:

紫薇链ZVChain:基于 VRF 算法,专注 DeFi 应用场景

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