Verifiable Delay Function (VDF) とは何ですか? コンセンサス メカニズムでどのように使用されますか?

検証可能な遅延関数 (VDF) について

1. Verifiable Delay Function (VDF) は、評価に特定の数の連続ステップを必要とするように設計された暗号化プリミティブですが、結果を他の人が効率的に検証できるようにします。これは、いくら並列計算能力を高めても計算を高速化することはできず、一定の期間にわたって段階的に処理を進める必要があることを意味します。

2. VDF の中核となる特性は、強制的な時間遅延です。高度なハードウェアや分散システムを使用しても、関数を規定の時間より速く計算することはできません。これは、タイミングと公平性が重要なアプリケーションに最適です。

3. 各 VDF 出力には、通常は遅延に対する対数時間で迅速にチェックできるプルーフが付属しています。この検証プロセスにより、第三者仲介業者を必要とせずに透明性と信頼性が保証されます。

4. VDF は、クラス グループや超特異点アイソジェニー グラフなどの数学的構造に依存しており、既知のアルゴリズムのショートカットに抵抗します。これらの基盤により、現在の計算上の理解の下では遅延を回避する試みは確実に失敗します。

5. ブルートフォース計算によって大量のエネルギーを消費するプルーフ・オブ・ワークとは異なり、VDF は本質的に逐次的な数学的問題によって遅延を実現し、時間ベースの制約を強制しながらエネルギー効率を高めます。

ブロックチェーンのコンセンサスにおける VDF の役割

1. ブロックチェーン ネットワークでは、参加者全員が同意するランダム性を実現するのが難しいことで知られています。悪意のある攻撃者は、ブロックのタイムスタンプやその他の入力を操作して結果を偏らせる可能性があります。 VDF は、提案者がアクションを実行するまでランダム値の公開を遅らせることにより、不公平なランダム性を生成するのに役立ちます。

VDF をコンセンサス プロトコルに統合すると、事前計算攻撃が防止され、リーダー選出プロセスの整合性が強化されます。

2. イーサリアムのようなネットワークは、ビーコン チェーン内で VDF を使用してバリデータ選択のランダム性を生み出すことを検討しています。エントロピーを VDF に供給することで、システムは遅延が完了する前に参加者が結果を予測できないようにします。

3. VDF は、ランダム性の生成を即時使用から切り離します。バリデーターは以前のランダム性に基づいてブロックを提案し、新しいランダム性は VDF を通じて計算されます。この分離により、リアルタイム操作の機会が排除されます。

4. VDF の評価には既知の時間がかかるため、コンセンサス ラウンドでのハートビート間隔を予測できます。この規則性により、よりスムーズなファイナリティがサポートされ、バリデータ間の競合状態によって引き起こされるフォークが減少します。

5. VDF は、検証可能なランダム関数 (VRF) と組み合わせると、操作に対する多層防御を作成します。 VRF は擬似乱数値を生成し、VDF はその公開確認を遅らせ、予測不可能性と検証可能性の両方を保証します。

実装の課題とトレードオフ

1. 汎用 CPU では大規模なモジュラー演算が必要になるため、信頼性の高い VDF を構築するには、場合によっては特殊なハードウェア アクセラレーションが必要になります。 MIT が運営する VDF Alliance などのプロジェクトは、パフォーマンスを最適化するためのカスタム タイムロック プロセッサを開発しました。

2. VDF を展開すると、信頼の前提条件が変わります。計算上はショートカットが困難ですが、ユーザーはグループ設定などのパラメータがバックドアなしで安全に生成されることを信頼する必要があります。

3. ネットワーク遅延が適切に考慮されていない場合、VDF ベースのタイミングに干渉する可能性があります。プロトコルでは、伝送速度に関係なく、必要な最小限の遅延の後にのみ検証が行われるようにバッファ期間を定義する必要があります。

4. 複雑さと新規性により、採用は依然として限られています。現在、VDF を大規模に展開しているブロックチェーンはほとんどありませんが、研究とテストネット実験により実現可能性が検証され続けています。

5. 遅延の長さの設定を誤ると、セキュリティが弱くなる可能性があります。遅延が短すぎると、最適化されたソルバーに対して脆弱になる危険があります。長すぎると、コンセンサスサイクルに不必要な待ち時間が生じます。

よくある質問

VDF とハッシュ関数の違いは何ですか?ハッシュ関数は即座に計算でき、多くの場合、並列化の恩恵を受けます。 VDF は意図的に低速かつ逐次的であるため、固定数のステップが必要ですが、コンピューティング リソースを増やしても短縮することはできません。さらに、VDF には、標準のハッシュでは提供できない、正しい実行の簡潔な証明が付属しています。

VDF はコンセンサスメカニズムの外で使用できますか?はい。 VDF は、タイムスタンプ サービス、公平な宝くじシステム、および検閲防止出版ツールで役立ちます。加速に対する耐性を備えた公的に検証可能な遅延を必要とするアプリケーションは、VDF テクノロジの恩恵を受けることができます。

VDF を使用するとプルーフ・オブ・ステークの必要がなくなりますか?いいえ、VDF はプルーフ・オブ・ステークなどのコンセンサス モデルを補完しますが、それに代わるものではありません。これらは、経済的安全性や検証者のインセンティブを提供するのではなく、既存のフレームワーク内でランダム性とタイミングを強化します。

ブロックチェーン ネットワーク内の VDF 出力を検証するのは誰ですか?すべての参加ノードは、添付された証明を使用して VDF 結果を検証できます。検証は計算量が軽いため、フル ノードとライト クライアントは同様に、計算全体をやり直すことなく、正しい遅延が尊重されていることを確認できます。