検証可能なランダム関数 (VRF) とは何ですか?

定義とコアメカニズム

1. 検証可能なランダム関数は、特定の入力と秘密鍵に関連付けられた擬似ランダム出力を生成する暗号化プリミティブです。

2. 出力は、特定の入力と秘密鍵に対して決定的ですが、秘密鍵の知識がない人には統計的にランダムに見えます。

3. 各出力とともに、この関数は、対応する公開キーと入力のみを使用して公的に検証できる暗号証明を生成します。

4. この証明は、秘密キーを明らかにしたり、将来の出力の予測を有効にしたりすることなく、出力が正しく計算されたことを確認します。

5. 標準のハッシュ関数とは異なり、VRF は一意性の保証を提供します。つまり、暗号強度の仮定が維持されると仮定すると、2 つの異なる入力が同じキーの下で同じ出力を生成することはありません。

ブロックチェーンコンセンサスプロトコルにおける役割

1. VRF は、ウロボロス プラオスやカルダノのシェリー時代などのコンセンサス メカニズムに組み込まれており、分散型でバイアスに強い方法でブロック プロデューサーを選択します。

2. バリデーターは、ステーク、エポック番号、および前のブロックのハッシュに基づいて VRF 評価を計算し、次のブロックを提案する資格があるかどうかを判断します。

3. 結果の出力と証明はブロック ヘッダーに含まれるため、ピアは提案者を信頼せずに選択の公平性を検証できます。

4. これにより、集中的なランダム性のソースが排除され、参加者が入力を操作して不当な優位性を得るという過酷な攻撃が防止されます。

5. イーサリアムの今後の PBS (プロポーザー-ビルダー分離) 機能拡張では、VRF 由来のランダム性が分散プロポーザー間の公平なスロット割り当てをサポートする可能性があります。

レイヤ 2 ランダムネス オラクルとの統合

1. Arbitrum や Optimism などのロールアップ プロトコルは、公平な順序付け、紛争解決のタイミング、NFT 鋳造順序をオンチェーンのランダム性に依存しています。

2. Chainlink VRF などの VRF ベースのオラクルは、オフチェーンで出力を生成し、検証のために証明をオンチェーンに投稿することで、暗号的に安全なランダム性を提供します。

3. 各要求は、ブロック ハッシュと要求者のシードを使用して VRF 評価をトリガーし、ブロックが完了するまで予測不可能性を保証します。

4. スマート コントラクトは、検証された出力を消費して、宝くじの抽選、ゲームの結果、加重トークンの配布など、ランダム性に依存するロジックを実行します。

5. プルーフ サイズは入力の複雑さに関係なく一定に保たれるため、ネットワークが混雑している状況でも低ガス検証が可能になります。

セキュリティ特性と攻撃耐性

1. 一意性により、あらゆる入力キーと秘密キーに対して、有効な出力と証明のペアが 1 つだけ存在することが保証され、コンセンサス参加中のあいまいさが防止されます。

2. 擬似ランダム性により、秘密キーを持たない敵対者にとって、出力が一様なランダム文字列と計算上区別できないことが保証されます。

3. 検証可能性により、観察者は公開キー、入力、出力、証明のみを使用して正しさを確認できます。信頼できるセットアップや対話は必要ありません。

4. 衝突耐性により、攻撃者が同じキーの下で同じ出力にマッピングされている 2 つの異なる入力を見つけることができなくなり、ステーク重み付けされた選択の公平性が維持されます。

5. 鍵暴露耐性とは、攻撃者が多くの入出力証明トリプルを観察したとしても、秘密鍵を導出したり、将来の出力を予測したりできないことを意味します。

よくある質問

Q1. VRF は標準のデジタル署名とどう違うのですか?デジタル署名はメッセージの信頼性と完全性を証明します。 VRF は、擬似ランダム出力の正確さと、特定の入力およびキーに対するその一意性の両方を証明します。署名は、入力全体でのランダム性や一意性を保証しません。

Q2. VRF 出力は異なるチェーン間で再利用できますか?はい、同じ秘密キーと入力が使用されている場合に限りますが、公開キーと検証ロジックを個別に展開する必要があるため、クロスチェーンの再利用には各チェーンでの独立した検証が必要です。

Q3.なぜマイナーは VRF 入力を操作して結果にバイアスを加えることができないのでしょうか? VRF 入力には多くの場合、ブロックのファイナリティ後にのみ判明する最近のブロック ハッシュが含まれるためです。入力を粉砕しようとすると、以前のブロックを書き換える必要があり、コンセンサスルールに違反し、法外なコストが発生します。

Q4. VRF プルーフ生成プロセスはオンチェーンですか、それともオフチェーンですか?プルーフの生成は通常、キーホルダーによってオフチェーンで実行されますが、プルーフの検証は、EVM 互換環境でサポートされる軽量の楕円曲線ペアリング操作を使用して常にオンチェーンで行われます。