PLATO:硬核科普：随机数与区块链_BTC

随机数是一个非常重要的密码学概念，近日MYKEY研究部门负责人姚翔老师做客PlatON社区，参加社区快闪活动，为社区讲解随机数定义与区块链中随机数方案及相关应用。

在参与抽奖或抽样的过程中，我们经常听到“随机数”这个词。随机数在密码学中有着非常基础且重要的地位，常用于密钥和安全参数生成。而在日常生活中，随机数也是保障公平性的重要手段，广泛应用于抽样、抽签、抽奖等场景当中。随机数在区块链中也应用广泛，除了密钥生成等传统安全场景，在共识机制、零知识证明等热门场景中也发挥着重要的作用，保护着区块链的安全。

中科金财在金融等三大领域探索区块链应用:北京中科金财科技股份有限公司（002657.SZ）发布公告称，目前，公司正在金融、政务监管、民生三大领域进行区块链应用的探索。目前公司的区块链产品已完成与华为TaiShan服务器、浪潮Power服务器的适配。（证券日报）[2020/8/27]

然而，在实际的应用当中，由于对随机数的理解不到位，实现不严谨，引发了大量的安全风险事件。索尼、YubiKey等知名企业都曾出现过随机数生成器的严重缺陷，不得不紧急进行固件更新，虽然没有造成毁灭性后果，但造成的损失也难以评估。而在区块链上，由于开奖随机数可被预测，在近两年里直接造成了成百上千万资产的损失，可以说“历史总在重演”。

声音 | 中科金财董事长：区块链是一种多中心不可篡改的数据结构:中科金财董事长朱烨东2月15日在e公司微访谈表示，区块链是一种多中心、不可篡改的数据结构和系统内各个主体都参与的一种分布式记账方式，区块链的技术本质是防篡改。[2020/2/16]

看上去简单的随机数如此重要，又引发这么多问题。研究和开发人员必须理解它的原理和细节，才能避免在应用过程中犯错。

那么，什么是随机数？怎样判断随机数的质量呢？在区块链中一般生成随机数的方法又有哪些？

什么是随机数？

声音 | 金财互联：招商银行、南航等均为公司区块链业务的合作伙伴:在“区块链＋电子发票”领域，方欣科技分别于2018年6月份和2019年11月份在广州、平潭上线了电子发票区块链平台“税链”、“票链”。对此，其母公司金财互联（002530.SZ）在互动平台上表示，随着开票场景的不断丰富，上链企业越来越多，兴业银行、招商银行、广州燃气、南航、安居宝等均为公司区块链业务的合作伙伴。（证券日报）[2020/1/6]

首先我们来说随机数是什么。随机数并不是一个具体的数，而是在通过随机数生成器产生的一个或一组数的序列。这个序列所能出现的元素来自确定的集合，每次选出的元素不可预期，但元素出现的概率恒定的。譬如说扔一枚六面均匀的骰子，结果不可预期，但每个面的概率都是相等的，每次掷出的结果就可以作为一个随机数生成的方法。

灰度首席法务官：灰度诉美SEC案或将于今年秋季迎来最终判决:1月12日消息，灰度首席法务官Craig Salm发推文称：“灰度将很快在诉讼中提交下一份简报（根据官网，最终简报截止日期为为2月3月），挑战SEC拒绝将GBTC转换为现货比特币ETF的决定。案件进展迅速。虽然时间不确定，口头辩论可能最快在第二季度进行。华盛顿联邦法院的最终判决可能在秋季公布。”

此前金色财经报道，美国SEC拒绝灰度现货比特币ETF申请，同日灰度法律顾问向华盛顿特区巡回上诉法院提交了复审请愿以作为提前诉讼的第一步，提交复核申请后，诉讼过程将涉及简报，法官选择、口头辩论和最终判决。[2023/1/12 11:07:27]

真随机数一般来自物理世界的随机行为，需要进行噪声搜集，而在计算机科学中，一般使用确定性的算法来模拟随机数的生成，也称伪随机数。对伪随机数的检测非常重要，全面、完备的检测可以避免算法缺陷或人为后门造成的风险。目前常用的随机数检测标准有NISTSP800-20和GB/T32915-2016等。

需要补充的是，在NIST这份标准提供的参考实现中，就曾被怀疑植入过后门。

Dual_EC_DRBG，目前该推荐实现已经被删除。而在即将召开的密码学重要会议Crypto2020中，也有一篇对NISTCTR-DRBG这个随机数生成器的安全分析，指出了其缺陷并给出了修复方法。而在会议接受的论文里，研究随机性相关问题的论文多达6篇。这都说明随机数的问题并不简单，也马虎不得。

随机数与区块链

在区块链中，由于较难从物理世界中获取随机噪声，生成随机数的难度更大。

目前一般的思路是通过几种不同策略组合使用：一是通过多方协同生成；二是通过哈希函数等随机预言机引入随机性；三是通过承诺-揭示协议降低参与方作弊可能；四是引入门限协议或经济约束提高产生随机数的成功率。

多方协同产生指的是随机数的生成依赖多个参与方的输入，这样随机数就较难被单方操纵。

由于每个输入方的输入可能具有很强的规律性，随机性不足。需要使用随机化的函数，例如哈希函数对输入进行处理。可以将所有参与方的输入作为函数的输入参数，输出的结果作为随机数。

承诺-揭示协议主要是为了避免参与方作恶，参与方需要先将自己想输入的结果做一个承诺，一般也是通过哈希函数完成。承诺发布之后，参与方的输入就不能再修改了，但需要注意的是，他仍然可以选择不把承诺揭示。

引入门限协议，通过秘密共享或门限签名的方式，可以避免随机数生成方案因为一个参与方没有完整执行流程而失败，具备一定的容错性，提高随机数产生的成功率。引入经济约束，可以避免参与方通过拒绝揭示的方式影响随机数结果，对恶意的参与方进行惩罚。

安全多方计算技术正是产生高质量的链上随机数的重要基础技术。运用安全多方计算技术，可以让多方不可抵赖地协同生成随机数。PlatON基于安全多方计算技术可以更好地为链上随机数提供解决方案。

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