Qu'est-ce qu'une fonction de retard vérifiable (VDF) et comment est-elle utilisée dans les mécanismes de consensus ?

Comprendre les fonctions de retard vérifiables (VDF)

1. Une fonction de retard vérifiable (VDF) est une primitive cryptographique conçue pour nécessiter un nombre spécifique d'étapes séquentielles à évaluer, tout en permettant au résultat d'être vérifié efficacement par d'autres. Cela signifie qu’aucune puissance de calcul parallèle ne peut accélérer le calcul : il doit se dérouler étape par étape sur une durée déterminée.

2. La propriété principale d'un VDF est son délai forcé. Même avec du matériel avancé ou des systèmes distribués, la fonction ne peut pas être calculée plus rapidement que le temps prescrit. Cela le rend idéal pour les applications où le timing et l’équité sont essentiels.

3. Chaque sortie VDF est accompagnée d'une preuve qui peut être vérifiée rapidement, généralement en temps logarithmique par rapport au délai. Ce processus de vérification garantit la transparence et la confiance sans nécessiter d'intermédiaires tiers.

4. Les VDF s'appuient sur des structures mathématiques telles que des groupes de classes ou des graphiques d'isogénie supersingulaires, qui résistent aux raccourcis algorithmiques connus. Ces fondations garantissent que les tentatives visant à contourner le délai échouent selon la compréhension informatique actuelle.

5. Contrairement à la preuve de travail, qui consomme énormément d'énergie grâce au calcul par force brute, les VDF obtiennent des retards grâce à des problèmes mathématiques intrinsèquement séquentiels, ce qui les rend économes en énergie tout en appliquant des contraintes temporelles.

Rôle des VDF dans le consensus Blockchain

1. Dans les réseaux blockchain, il est notoirement difficile d’obtenir un caractère aléatoire sur lequel tous les participants s’accordent. Les acteurs malveillants peuvent manipuler les horodatages des blocs ou d’autres entrées pour biaiser les résultats. Les VDF aident à générer un caractère aléatoire impartial en retardant la révélation des valeurs aléatoires jusqu'à ce que les proposants se soient engagés dans leurs actions.

L'intégration des VDF dans les protocoles de consensus empêche les attaques de pré-calcul et renforce l'intégrité des processus d'élection des dirigeants.

2. Des réseaux comme Ethereum ont exploré l'utilisation de VDF au sein de leur chaîne de balises pour produire un caractère aléatoire pour la sélection des validateurs. En introduisant de l'entropie dans un VDF, le système garantit qu'aucun participant ne peut prédire le résultat avant la fin du délai.

3. Les VDF dissocient la génération de caractère aléatoire de l'utilisation immédiate. Les validateurs proposent des blocs basés sur le caractère aléatoire antérieur, tandis que le nouveau caractère aléatoire est calculé via le VDF. Cette séparation élimine les possibilités de manipulation en temps réel.

4. Étant donné que l'évaluation VDF prend un certain temps, elle permet des intervalles de battement de cœur prévisibles lors des cycles de consensus. Cette régularité permet une finalité plus fluide et réduit les fourches causées par les conditions de concurrence entre les validateurs.

5. Lorsqu'ils sont combinés avec des fonctions aléatoires vérifiables (VRF), les VDF créent une défense à plusieurs niveaux contre la manipulation. Le VRF produit une valeur pseudo-aléatoire et le VDF retarde sa confirmation publique, garantissant à la fois l'imprévisibilité et la vérifiabilité.

Défis et compromis de mise en œuvre

1. La création de VDF fiables nécessite dans certains cas une accélération matérielle spécialisée, car les processeurs à usage général peuvent avoir des difficultés avec l'arithmétique modulaire importante impliquée. Des projets tels que VDF Alliance, géré par le MIT, ont développé des processeurs timelock personnalisés pour optimiser les performances.

2. Les hypothèses de confiance changent lors du déploiement de VDF. Même si les calculs résistent aux raccourcis, les utilisateurs doivent être sûrs que les paramètres, tels que les paramètres de groupe, sont générés de manière sécurisée et sans portes dérobées.

3. La latence du réseau peut interférer avec la synchronisation basée sur VDF si elle n'est pas correctement prise en compte. Les protocoles doivent définir des périodes tampons afin que la vérification n'ait lieu qu'après le délai minimum requis, quelle que soit la vitesse de transmission.

4. L'adoption reste limitée en raison de la complexité et de la nouveauté. Peu de blockchains déploient actuellement des VDF à grande échelle, bien que les recherches et les expériences de testnet continuent de valider leur faisabilité.

5. Une mauvaise configuration de la durée du délai peut affaiblir la sécurité. Un délai trop court risque de rendre vulnérables les solveurs optimisés ; trop longtemps introduit une latence inutile dans les cycles de consensus.

Foire aux questions

Qu’est-ce qui différencie un VDF d’une fonction de hachage ? Une fonction de hachage peut être calculée instantanément et bénéficie souvent de la parallélisation. Un VDF est intentionnellement lent et séquentiel, nécessitant un nombre fixe d'étapes qui ne peut pas être raccourci même avec plus de ressources informatiques. De plus, les VDF sont accompagnés de preuves succinctes d’exécution correcte, que les hachages standard ne fournissent pas.

Les VDF peuvent-ils être utilisés en dehors des mécanismes de consensus ? Oui. Les VDF sont utiles dans les services d'horodatage, les systèmes de loterie équitable et les outils de publication anti-censure. Toute application nécessitant un délai vérifiable publiquement avec une résistance à l'accélération peut bénéficier de la technologie VDF.

Les VDF éliminent-ils le besoin de preuve de participation ? Non. Les VDF complètent les modèles de consensus comme la preuve de participation mais ne les remplacent pas. Ils renforcent le caractère aléatoire et le timing dans les cadres existants plutôt que de fournir une sécurité économique ou des incitations aux validateurs.

Qui vérifie la sortie VDF dans un réseau blockchain ? Tous les nœuds participants peuvent vérifier le résultat VDF à l'aide de la preuve ci-jointe. La vérification est légère sur le plan informatique, permettant aux nœuds complets et aux clients légers de confirmer que le délai correct a été respecté sans refaire l'intégralité du calcul.