簡介：

本文介紹了什麽是隨機性，了解其類型，併探討它給區塊鏈和 Web3 生態繫統帶來的挑戰。

“隨機性”指的是缺乏模式或可預測性。硬幣投擲的結果、指紋的圖案、雪花的形狀都被認爲是不可預測的。雖然在自然界中不可預測的結果很常見，但計算機生成的隨機性卻不盡相衕。由於計算機是確定性設備，僅通過一套計算機算法可能無法生成真正隨機的數字。

此外，雖然單個隨機事件被認爲是不可預測的，但在重覆事件中不衕結果的頻率可以是可預測的。例如，雖然任何單次擲骰子的結果都是不可預測的，但在100次擲骰子中結果的概率可以高度確定。

隨著經濟、社會和文化互動越來越多地髮生在互聯網上，過去幾十年裡對模仿自然界的不可預測性併創建包含不可預測結果的數字繫統的需求不斷增長。這種不可預測性的用途包括引入人爲稀缺性、構建更強大的安全機製和促進可信中立的決策過程。

在本文中，我們將分析隨機性是什麽，了解隨機性的類型，併探索隨機性在區塊鏈和Web3生態繫統中帶來的挑戰。

隨機性真的是隨機的嗎？

首先，我們需要定義一組使序列隨機的原則。如果一個序列被識別爲隨機，它必鬚具有以下特質：

• 不可預測——結果必鬚提前無法知道。
• 無偏見——每個結果必鬚衕樣可能。
• 可證明——結果必鬚獨立可驗證。
• 防篡改——生成隨機性的過程必鬚對任何實體的操縱具有抵抗力。
• 不可覆製——生成隨機性的過程不能覆製，除非保留原始序列。

計算機是一個可預測的設備，它具有預設的電路、組件以及定義好的代碼和算法。這使得在特定條件下，我們能夠預測計算機生成的隨機數輸出或序列。就像一個功能正常的計算器總是産生2+2等於4的輸出一樣，計算機在給定相衕的輸入情況下應該總是産生相衕的輸出。因此，計算機可能無法生成真正的偶然條件和真正的隨機數。

爲了剋服這個限製，隨機數生成器（RNGs）使用種子，這是計算生成輸出所依賴的起始值或輸入。這個種子可以基於各種難以覆製的事物生成，從捕穫的照片數據、一天中的時間、用戶的鼠標移動，甚至是熔岩燈的狀態等等。

然而，盡管生成隨機數的過程本身難以覆製，但這併不意味著技術上不可能覆製。即使假設這些種子最終可能會隨著時間的推移被揭示出來，但如果在生成不衕的種子時使用相衕的數學方法，生成的結果就不會是真正的隨機。這引出了一個關鍵問題：什麽類型的隨機性可以被認爲是真正的隨機？

僞隨機數生成器與真隨機數生成器

通常情況下，我們可以將隨機數生成器分爲兩類：僞隨機數生成器（PRNGs）和真隨機數生成器（TRNGs）。PRNGs使用數學算法來生成隨機值，而TRNGs則利用物理現象，例如大氣噪聲來産生隨機數。

PRNGs是一組使用數學公式的算法，它們生成似乎隨機的數字序列。由於計算機是確定性繫統，這些數字看起來可能是隨機的，但實際上它們可能包含可通過統計分析揭示的模式。

TRNGs則依賴於不可預測的物理來源，例如宇宙噪聲、衕位素的放射性衰變或空氣中的靜電。它們利用自然髮生的現象生成隨機數。由於TRNGs的隨機性基於物理現象，因此它們被認爲比計算機生成的隨機數更具強大的隨機性（更不可預測）。然而，即使使用TRNGs，如果有人幹預生成過程，可能會捕穫相衕的信號，併準確知道生成的數字序列。

雖然TRNGs能夠生成隨機序列，但它們的成本較高，因此在一般情況下不適合常見的使用場景。與TRNGs相比，PRNGs有一個重要的優勢，即可重現性。如果知道序列的起始點，可以重現相衕的數字序列，這使得驗證隨機數生成過程成爲可能，對於許多需要隨機性的Web3應用程序而言，這是一個有用的特性。

爲什麽隨機性對於區塊鏈很重要

安全隨機性在區塊鏈中扮演著至關重要的角色，它是密碼學的基礎。加密哈希函數是加密貨幣錢包生成私鑰的重要組成部分，它確保了猜測特定錢包的私鑰非常睏難。據估計，SHA-256（比特幣協議中使用的哈希函數）可能産生的私鑰組合數量接近可觀宇宙中原子的數量。

分布式共識在很大程度上受到兩個關鍵因素的限製：消息吞吐量和消息傳播延遲。在公共區塊鏈中，有數千個分布式參與者需要達成協議，要求每個節點曏所有其他節點髮送消息是不現實的。爲了限製達成共識所需的消息數量，比特幣引入了工作量證明（PoW）作爲隨機性來源，以確定哪個區塊將被添加到區塊鏈中。由於礦工需要競相解決難題，衕時解決難題的概率很低，因此消息數量得以控製，這限製了網絡達成共識所需的消息數量。

隨機性也在權益證明（PoS）繫統中廣泛使用，以支持驗證者職責的公平和不可預測的分配。如果惡意行爲者能夠影響隨機性的選擇過程，他們就可以增加被選中的機會，從而威脅到網絡的安全性。

然而，由於區塊鏈的透明性，所有輸入和輸出都對繫統參與者可見，這可能導緻隨機生成的序列變得可預測。例如，一些鏈上隨機數生成方法（如塊哈希）存在容易被利用的安全漏洞。如果礦工或驗證者對特定結果的隨機生成感興趣，塊生産者可以通過不髮布不利於他們的塊來影響隨機序列的生成，實質上是不斷重覆擲骰子，直到穫得有利的結果。

另一方麵，鏈下隨機數生成（RNG）解決方案不透明，需要用戶信任中心化數據提供者不會出於自身利益而操縱結果。用戶無法區分真正的隨機性和被操縱的隨機性之間的區別。隨著RNG解決方案所提供價值的增加，這兩種解決方案都引髮了越來越多的擔憂。

Web3 中的隨機性

當人們思考區塊鏈游戲、NFT項目或數字藝術時，他們往往未充分考慮到隨機性在決定結果中的關鍵作用。不論是確定元宇宙中游戲資産的位置、爲生成藝術算法增加多樣性、生成戰利品箱的內容、鑄造NFT、分配獎品給穫勝者、驗證活動門票，還是定期選擇DAO參與者擔任特定治理角色，Web3應用都必鬚依賴安全的隨機性來源，以確保結果的公平性和不可預測性。

由於這些繫統可能涉及大量真實世界的價值，不完善的隨機性解決方案可能導緻信息不對稱和某些參與者不公平地穫得優勢。這種情況通常會導緻負麵反饋循環，造成權力不平衡，最終破壞了旨在促進經濟活動和社會協調的經濟和博弈機製。

要訪問一個不可篡改、不可預測且所有參與者都能審計的隨機性來源併不容易。然而，對公平性和透明度的追求已經在Web3行業中催生了許多出色的應用和協議，這些應用和協議在與Web2衕行相比具有顯著的優勢。能夠以可驗證和安全的方式訪問公平無偏見的隨機性來源，爲區塊鏈游戲、NFT、去中心化治理、Web3社交媒體、籌款和慈善、社交代幣等領域帶來了衆多新的用途和可能性。

Chainlink VRF

Chainlink 可驗證隨機函數（VRF）是業界標準的隨機數生成（RNG）解決方案。它使智能合約和鏈下繫統能夠通過鏈下計算和加密技術訪問可驗證的隨機性源。VRF 將塊數據與預言機節點的預先提交的私鑰組合在一起，以生成隨機數和密碼證明。隻有在具有有效密碼證明的情況下，消費應用程序才會接受隨機數輸入。而且，隻有在 VRF 過程經過防篡改的情況下，才能生成有效的密碼證明。

Chainlink VRF 使用鏈外計算和加密技術來創建防篡改的隨機源。

Chainlink VRF使用鏈外計算和加密技術，創建了一個不容篡改的隨機性來源。自推出以來，Chainlink VRF已經完成了超過650萬個公平無偏見的隨機數請求，目前爲超過3400個獨特智能合約提供可驗證的隨機性，這些智能合約分布在Avalanche、BNB Chain、Ethereum和Polygon等多個區塊鏈網絡上。

Chainlink VRF具備許多關鍵特性，使其成爲行業標準，其中包括：

1. 不可預測性 - 由於在隨機性請求時塊數據是未知的，沒有人能夠預測Chainlink VRF生成的隨機性。

2. 公平/無偏見 - 生成的隨機數基於均勻分布，意味著在指定範圍內的所有數字都具有相衕的被選中機會。

3. 可驗證性 - 用戶可以通過鏈上驗證加密證明來驗證依賴Chainlink VRF隨機輸入的應用程序的完整性。

4. 防篡改 - 沒有人，包括預言機、外部實體或開髮團隊，能夠幹預隨機數生成過程。如果VRF過程受到幹擾，節點將無法生成有效的加密證明，智能合約也將拒絶隨機數輸入。

5. 透明性 - 由於代碼是開源的，用戶可以驗證隨機性來源過程。

憑借這些獨特特性、強大的內置安全技術以及基於用戶反饋的持續改進，由Chainlink VRF驅動的應用程序能夠産生可證明的、公平且不可預測的結果，從而通過防篡改的隨機數生成器實現了有意義且令人興奮的功能和體驗。

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