Wie generiert man sicher Zufallszahlen in einem Smart Contract?

Herausforderungen der Zufälligkeit in Blockchain-Umgebungen

1. Blockdaten wie Zeitstempel und Hash-Werte sind für Miner zugänglich und ermöglichen es ihnen, Ergebnisse durch Auswahl günstiger Blockparameter zu manipulieren.

2. Die Entropiequellen in der Kette sind begrenzt, da alle Informationen innerhalb eines Smart Contracts öffentlich sichtbar und von Natur aus deterministisch sind.

3. Pseudozufallszahlengeneratoren, die auf vorhersehbaren Eingaben wie Blocknummern basieren, können von böswilligen Akteuren ausgenutzt werden, die die Ausgabe vorhersehen.

4. Echte Zufälligkeit kann aufgrund von Transparenz und Konsensregeln nicht nativ durch interne Blockchain-Mechanismen erreicht werden.

5. Jede Methode, die ausschließlich vom Vertragsstatus oder aktuellen Blockattributen abhängt, führt zu erheblichen Sicherheitslücken.

Off-Chain-Oracle-Lösungen für sichere Zufälligkeit

1. Chainlink VRF (Verifiable Random Function) generiert kryptografisch sichere Zufallszahlen außerhalb der Kette und liefert den Beweis, dass das Ergebnis nicht manipuliert wurde.

2. Der Oracle-Dienst liefert sowohl den Zufallswert als auch einen kryptografischen Beweis; Der Smart Contract überprüft diesen Nachweis, bevor er die Nummer akzeptiert.

3. Dieser Ansatz stellt sicher, dass keine einzelne Partei, einschließlich des Oracle-Betreibers, das Ergebnis unbemerkt vorhersagen oder beeinflussen kann.

Der Einsatz von Chainlink VRF verhindert Manipulationen und sorgt gleichzeitig für Transparenz und Überprüfbarkeit innerhalb des dezentralen Systems.

4. Andere Oracle-Netzwerke bieten ähnliche Dienste an, die jeweils einzigartige Verifizierungsprotokolle zur Authentifizierung der Zufallsquelle integrieren.

Commit-Reveal-Systeme zur Verhinderung von Vorhersehbarkeit

1. Die Teilnehmer reichen in einer ersten Phase eine gehashte Verpflichtung ein, die den von ihnen gewählten geheimen Wert enthält.

2. Nachdem alle Verpflichtungen in der Kette aufgezeichnet wurden, geben die Benutzer ihre Geheimnisse preis, die dann anhand der ursprünglichen Hashes überprüft werden.

3. Die endgültige Zufallszahl wird aus der Kombination aller angezeigten Werte abgeleitet, um sicherzustellen, dass kein Teilnehmer seine Eingabe ändern kann, nachdem er die Entscheidungen anderer gesehen hat.

4. Diese Methode schwächt Front-Running- und Timing-Angriffe ab, indem sie die Übermittlung von der Offenlegung entkoppelt.

Die Commit-Reveal-Technik erhöht die Fairness in Mehrparteienanwendungen wie Lotterien und Spieleplattformen.

Hybridmodelle, die mehrere Quellen kombinieren

1. Einige Systeme kombinieren Block-Hashes von zukünftigen Blöcken mit Zufälligkeit außerhalb der Kette, um die Unvorhersehbarkeit zu erhöhen.

2. Beispielsweise kann ein Vertrag einen zukünftigen Block-Hash (zum Zeitpunkt der Transaktion unbekannt) zusammen mit einem von Oracle bereitgestellten Seed verwenden.

3. Die Aggregation mehrerer unabhängiger Quellen verringert die Abhängigkeit von einzelnen Fehler- oder Manipulationspunkten.

4. Diese hybriden Ansätze erfordern oft eine sorgfältige Koordination, um die Einführung neuer Angriffsvektoren im Zusammenhang mit Zeit- oder Abhängigkeitsrisiken zu vermeiden.

Die Diversifizierung der Entropiequellen stärkt den Widerstand gegen aggressives Verhalten in Umgebungen, in denen viel auf dem Spiel steht.

Häufig gestellte Fragen

Kann ich block.timestamp verwenden, um sichere Zufallszahlen zu generieren? Nein. Miner haben innerhalb bestimmter Grenzen die Kontrolle über den genauen Zeitstempel und können ihn manipulieren, um die Ergebnisse zu beeinflussen. Sich auf block.timestamp zu verlassen führt zu einer ausnutzbaren Voreingenommenheit und sollte in sicherheitsrelevanten Kontexten vermieden werden.

Ist es sicher, keccak256(abi.encodePacked(blockhash, playerAddress)) für Zufälligkeiten zu verwenden? Diese Methode ist nicht sicher. Während Hashing die Komplexität erhöht, bleiben die Eingaben vorhersehbar oder kontrollierbar. Ein Angreifer kann mögliche Ergebnisse simulieren und entsprechende Aktionen auswählen, was die Fairness untergräbt.

Warum können Smart Contracts nicht selbst echte Zufälligkeiten erzeugen? Intelligente Verträge funktionieren in einer deterministischen Umgebung, in der jeder Knoten den gleichen Zustand erreichen muss. Echte Zufälligkeit widerspricht diesem Prinzip, sofern sie nicht von einer authentifizierten externen Quelle mit überprüfbarer Integrität stammt.

Was passiert, wenn ein Chainlink VRF-Knoten offline geht? Das Netzwerk von Chainlink ist dezentral über mehrere Knoten verteilt. Wenn ein Knoten ausfällt, stellen andere weiterhin Zufälligkeiten bereit. Verträge können Fallback-Mechanismen oder Zeitüberschreitungen implementieren, um vorübergehende Nichtverfügbarkeit zu bewältigen, ohne die langfristige Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen.