USDT:技术解析如何为 Solidity 智能合约生成随机数_SWAP

使用区块哈希作为随机源在很多场景下都能很好地发挥作用，但当涉及到很大利益的时候可能会让矿工作弊。

原文标题：《随机数与区块链》撰文：MarkusWaas翻译：登链翻译小组

当我们谈论随机数和区块链时，实际上是两个问题：

如何在智能合约中生成随机数？如何为股权证明系统产生随机数？或者更一般地说，如何在公共分布式系统中产生可信的随机数？当然这两个问题也有一些重叠的地方，一些用于第一个问题的方法也可能用于第二个问题，反之亦然。但我可以告诉你，这两个问题的最佳解决方案很可能还没有找到。事实上，这些问题真的很重要，用著名的唐纳德的话说就是：「随机数不应该用随机选择的方法生成」。

为什么这么难？嗯，这是由于随机数的性质。人们可以很容易地创造出一个看似随机的数字流，但这个数字流遵循某种已知的逻辑，从使攻击者能够预测到数字。

我们可能会天真地提出，每个节点在本地计算出一个随机数。然后在广播出这个随机数。由于每个节点都会做同样的事情，所以可以用一个函数来计算最后的随机数，这个函数将之前本地产生的所有数字作为输入，并产生一个单一的输出结果随机数，例如：v1⊕v2---⊕vn。然而，最后一个广播本地随机数的节点可以等待，直到他从其他节点收到随机数。然后，他可以通过选取一个本地随机数R以满足vx=R⊕v1⊕v2--⊕vn来产生分布式系统的任何最终随机数。显然，这样一个产生随机数的系统是有缺陷的。

我们需要更好的方式。如何解决随机数的这些问题，值得继续关注详细介绍。你也可以看看预测以太坊智能合约中的随机数。本文是讨论第一个问题的良好开端。而对于第二个问题，现在有一些有趣的想法，也有一些看似疯狂的想法，比如以太坊基金会的新想法，建立成千上万的ASIC来验证VDF。

为Solidity智能合约生成随机数

现在，大多数人都知道，当人们试图在智能合约中生成随机数时，会面临一个问题。遗憾的是没有一个万能的解决方案，让我来介绍一下现有的解决方案。

简短的失败方案回顾

我们简单的看一下常见的方案，以及它们为什么不好。在这里我就不详细描述，因为已经有其他的文章描述的很好了。

使用区块变量作为随机数

block

uint256randomNumber=uint256(blockhash(blockHashesToBeUsed));blockHashesToBeUsed=0;gameWeiValues=0;if(randomNumber!=0||randomNumber%2==0){uint256winningAmount=gameWeiValues*2;msg

}

randomNumber!=0的检查是必不可少的，因为Solidity只能回溯256个块。因此，如果玩家等待的时间超过256个区块，会强制为0。例如，这已经被用于黑客SmartBillions。

所以，使用未来的区块哈希，就很好吗？

这要看情况！你是否允许中奖金额高于区块奖励的注？那么就要注意矿工的操作。如果我们假设区块奖励为3个ETH，任何超过6个ETH的注实际上都会给矿工提供作弊的动机。虽然矿工不能自由选择区块的哈希值，但他可以选择不发布新发现的区块哈希值来影响随机数。

承诺模式

自1981年以来，承诺模式的第一个版本已经存在。看一下MichaelBlum的电话里翻硬币。这是一个有趣的阅读。我们可以简单地在Solidity中使用哈希来实现，这是怎样的呢？

我们用开头所说的天真想法：

每个节点在本地计算一个随机数。它进一步广播这个随机数。由于每个节点都会做同样的事情，所以可以使用一个函数计算最终的随机数，该函数将之前本地产生的数字作为输入，并产生一个单一的输出，例如，v?⊕v?---⊕v?。

现在，在承诺模式下，一个节点将不广播随机数，而是先计算该数的哈希值。这个哈希将是随机数值的承诺。然后它就会广播承诺哈希。这有什么用？

承诺，顾名思义，一个节点之后再提交原始随机数值，因为不可能找到碰撞。因此，在揭示阶段，一个节点不能再改变其秘密原始随机数值。当然，每个节点只有在收到所有其他节点的承诺后，才开始揭示阶段。程序是这样的：

所有参与者，P1...Pn，每人产生一个秘密随机值Vi。Pi计算其秘密随机值的承诺哈希值：Ci=H(Vi)。每个Pi先发送Ci。在收到所有的Ci后，每个Pi发送Vi。所有参与者可以通过检查Ci==H(Vi)来验证接收的秘密随机值。当所有的Vi都被揭示和验证后，随机数生成的结果将是R=V1⊕V2⊕...⊕Vn。(XOR)如果有一个参与者没有透露他的Vi，他就自动输了。

听起来好得不像真的？你是对的。这只适用于两个节点，例如，在一个有银行和单个玩家的中。我已经在Solidity和AWSLambda中实现了一个概念验证的原型。

让我们看看为什么这只对两个节点有效。

我们面临最后一个节点Pi揭示随机数值的问题，因为它可以比其他人更早地用它秘密值计算最后的R，这就是最后揭示者问题。它揭示的Vi可能无法再影响R，然而，它可能选择不揭示该值，使所有其他各方除了中止随机数生成外没有其他选择。如在两个用户的情况下，不揭示的节点可能会输掉这场局。不过，在东方参与情况下是不够的。由于多个用户参与，只有一个不暴露方会有损失，所以攻击者可能会做以下事情：

创建很多数量的实体，并与所有实体一起参与注。在揭示阶段，保留他最后一个实体的秘密随机值。等到其他每个实体都揭示出它们的随机值，然后计算出最终结果。如果计算出一个积极的结果，则选择揭示最后一个实体的秘密值。否则，就不透露最后的数值。必须中止，玩家将获得退款。攻击者只输了一个实体的注。多方参与承诺模式

多方环境的修改相当简单，但也有一些重大的缺点。

修改：除承诺外，每个参与者还附上抵押品。揭晓阶段结束后，将向每一个揭晓实体退还抵押款。如果参与者不披露自己的秘密值，他们不仅输掉了局，还输掉了自己的抵押品。在这种情况下，所有不披露实体的质押物被所有披露的实体瓜分，或者选择销毁。

影响：不幸的是，所需的抵押规模可能高得离谱。给定1万名参与者的抽奖，每人票费4美元，参与者在退还参与者的抵押金总额近4亿美元。

另外，也可以将质押物烧掉。对于我们的彩票例子来说，燃烧抵押品将必要的抵押规模降低到39992美元，这对于大多数实际使用案例来说还是太高了。

有一个类似的实现，但迄今尚未在实践中使用。在ETH2.0中，Randao也将作为基础随机信标，上面有VDF。我们可以在后面的文章中详细讨论ETH2.0中的用法。

结论

我们已经研究了Solidity中多方随机数的两种方法。虽然blockhash如果使用得当，在很多场景下都能很好地发挥作用，但当涉及到很大利益的时候，它的表现就不尽如人意了，这会让矿工作弊。其次，承诺模式对于双人方案非常有用。不幸的是，对于大多数现实世界使用案例的多人情况来说，承诺模式是不够的。那我们能做什么？一种选择可能是使用预言机，我们可以在后面相关博文中讨论。

参考链接

预测以太坊智能合约中的随机数:https://blog.positive.com/predicting-random-numbers-in-ethereum-smart-contracts-e5358c6b8620

黑客SmartBillions:https://www.reddit.com/r/ethereum/comments/74d3dc/smartbillions_lottery_contract_just_got_hacked/

电话里翻硬币:https://www.cs.cmu.edu/~mblum/research/pdf/coin/

类似的实现:https://github.com/randao/randao

来源链接：soliditydeveloper.com

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