ブロックチェーンの乱数生成はどのように実装されていますか？

乱数の生成は、ゲーム、宝くじ、コンセンサスメカニズムなど、さまざまなブロックチェーンアプリケーションで重要な役割を果たします。ブロックチェーンのコンテキストでは、これらの数値のランダム性とセキュリティを確保することが、操作を防ぎ、システムの完全性を維持するために最も重要です。この記事では、ブロックチェーンネットワーク内で乱数生成がどのように実装されているかを掘り下げ、さまざまな方法とその意味を調査します。

検証可能なランダム関数（VRF）

検証可能なランダム関数（VRF）は、ブロックチェーンシステムで乱数を生成するための一般的な方法です。 VRFは、ランダム出力と誰でも検証できる証明を生成し、出力が実際にランダムで操作されていないことを確認します。

• 実装：VRFを使用するには、ブロックチェーンノードが最初に秘密鍵を生成します。乱数が必要な場合、ノードはこの秘密鍵を使用してメッセージに署名します。これは、現在のブロックのハッシュまたは他の一意の識別子である可能性があります。この署名プロセスの結果は、ランダムな出力と証明です。
• 確認：ネットワーク上の他のノードは、対応する公開キーを使用して証明を確認することにより、ランダム性を検証できます。証明が有効な場合、乱数が正直に生成されたことを確認します。

VRFは、Algorandなどのコンセンサスアルゴリズムで広く使用されており、バリデーターをランダムかつ安全に選択するのに役立ちます。

チェーンリンクVRF

ChainLink VRFは、乱数生成に対するもう1つのアプローチであり、イーサリアムやその他のブロックチェーンに関するスマートコントラクト用に特別に設計されています。オンチェーン検証の利点とオフチェーン計算の利点を組み合わせて、ランダム性とセキュリティの両方を確保します。

• 実装：ChainLink VRFは、Oracleネットワークを使用して乱数を生成します。スマートコントラクトが乱数を要求すると、リクエストはチェーンリンクノードに送信されます。これらのノードは、暗号化技術を使用して、乱数とそのランダム性の証明を生成します。
• 検証：その後、証明はスマートコントラクトに送り返され、これにより、鎖の証明を確認できます。これにより、乱数が予測不可能で検証可能であることが保証されます。

ChainLink VRFは、ゲームやNFTミントなどの高品質のランダム性を必要とする分散型アプリケーション（DAPP）に特に役立ちます。

ランダム性ビーコン

ランダム性ビーコンは、ブロックチェーンアプリケーションで使用できる乱数の連続的な流れを提供します。これらのビーコンは通常、信頼できる第三者または分散ネットワークによって運営されます。

• 実装：ランダム性ビーコンは、定期的に乱数を生成および公開します。これらの数値は、多くの場合、株式市場のデータや気象パターンなど、実際のイベントの暗号化されたハッシュから派生しています。
• 使用法：ブロックチェーンアプリケーションは、これらの乱数を取得し、宝くじの勝者の選択やゲームの結果の決定など、さまざまな目的に使用できます。

DRANDプロジェクトは、分散型ランダム性ビーコンの例であり、ノードのネットワークを使用して乱数を生成および検証します。

ハッシュ機能とブロックハッシュ

ハッシュ関数は、ブロックチェーンシステムで乱数を生成するためのもう1つの一般的な方法です。暗号化ハッシュ関数の特性を活用することにより、ブロックチェーンネットワークは、予測が困難なランダム出力を生成できます。

• 実装：一般的なアプローチは、ブロックのハッシュをランダム性のシードとして使用することです。たとえば、スマートコントラクトは、現在のブロックのハッシュをハッシュ関数への入力として使用して乱数を生成する場合があります。
• セキュリティ上の考慮事項：この方法は単純ですが、ブロックハッシュにある程度影響を与える可能性のある鉱夫による操作に対して脆弱です。これを緩和するために、一部のシステムは複数のブロックハッシュを組み合わせるか、遅延を使用して結果の予測の低下を使用します。

この方法は、スマートコントラクトの乱数生成などのアプリケーションのためにイーサリアムで広く使用されています。

コミットメントスキーム

コミットメントスキームは、透明で検証可能な方法で乱数を生成する方法を提供します。それらは、複数の当事者がランダムな結果に同意する必要があるシナリオで特に役立ちます。

• 実装：コミットメントスキームでは、各参加者は乱数を生成し、数のハッシュを公開することでそれにコミットします。すべてのコミットメントが行われた後、参加者は自分の数を明らかにし、最終的な乱数はこれらの入力から導き出されます。
• 検証：プロセスの透明性により、単一の当事者が結果を操作できないことが保証されます。最終的な乱数は、誰でも検証し、公平性とランダム性を確保することができます。

コミットメントスキームは、分散型ファイナンス（DEFI）プロトコルやゲームプラットフォームなど、さまざまな分散アプリケーションで使用されます。

実用的な例とユースケース

これらの乱数生成方法の適用を説明するために、いくつかの実用的な例を考えてみましょう。

• 分散型の宝くじ：ブロックチェーンベースの宝くじは、VRFまたはチェーンリンクVRFを使用して勝者を選択できます。これらの方法の透明性と検証可能性により、宝くじが公正で操作できないことが保証されます。
• ゲーム：分散型ゲームプラットフォームでは、ゲームの成果を決定するために乱数の生成が重要です。ランダム性ビーコンまたはハッシュ機能を使用すると、これらのプラットフォームはゲームの結果が予測不可能で公正であることを保証できます。
• コンセンサスメカニズム：AlgorandなどのShood-of-Stake（POS）システムでは、VRFSを使用してバリッタをランダムに選択し、分散型で安全なコンセンサスプロセスを確保します。

これらの各方法には強みがあり、ブロックチェーンエコシステム内の異なるユースケースに適しています。

よくある質問

Q：鉱夫はブロックチェーンシステムで乱数生成を操作できますか？

A：マイナーは、ブロックハッシュのみに依存している場合、乱数の生成に潜在的に影響を与える可能性があります。これを軽減するために、システムはしばしば複数のブロックハッシュを使用したり、VRFやランダム性ビーコンなどのランダム性の追加ソースを組み込んだことがよくあります。

Q：ChainLink VRFは、出力のランダム性をどのように保証しますか？

A：ChainLink VRFは、暗号化技術を使用して乱数オフチェーンを生成し、オンチェーンで検証できる証明を提供します。これにより、乱数が予測不可能で検証可能であることが保証され、操作が防止されます。

Q：ブロックチェーンアプリケーションでVRFを使用することに関連するプライバシーの懸念はありますか？

A：VRFSは検証可能なランダム性を提供しますが、プライベートキーの使用が必要です。ただし、適切な主要な管理と暗号化は、これらのリスクを軽減できます。

Q：ブロックチェーンシステムでは、ランダム性ビーコンを使用できますか？

A：ランダム性ビーコンは、外部データを取得できる任意のブロックチェーンシステムで使用できます。これらは、ゲームや宝くじなどの乱数の連続的なストリームを必要とするアプリケーションに特に役立ちます。