什么是可验证延迟函数（VDF）以及它如何在共识机制中使用？

了解可验证延迟函数 (VDF)

1. 可验证延迟函数 (VDF) 是一种加密原语，旨在需要特定数量的连续步骤进行评估，但允许其他人有效验证结果。这意味着再多的并行计算能力也无法加快计算速度——它必须在固定的时间内逐步进行。

2. VDF的核心特性是强制延时。即使使用先进的硬件或分布式系统，该函数的计算速度也不能快于其规定的时间。这使得它非常适合时序和公平性至关重要的应用程序。

3. 每个 VDF 输出都带有可以快速检查的证明，通常以相对于延迟的对数时间进行检查。此验证过程可确保透明度和信任，无需第三方中介机构。

4. VDF 依赖于类群或超奇异同源图等数学结构，这些结构抵制已知的算法捷径。这些基础确保在当前的计算理解下，绕过延迟的尝试会失败。

5. 与通过强力计算消耗大量能量的工作量证明不同，VDF 通过固有的顺序数学问题实现延迟，从而使其节能，同时仍然强制执行基于时间的约束。

VDF 在区块链共识中的作用

1. 在区块链网络中，实现所有参与者都同意的随机性是非常困难的。恶意行为者可以操纵区块时间戳或其他输入来偏差结果。 VDF 通过将随机值的揭示延迟到提议者承诺其行动之后来帮助生成无偏随机性。

2. 像以太坊这样的网络已经探索在其信标链中使用 VDF 来为验证者选择产生随机性。通过将熵输入 VDF，系统可确保任何参与者都无法在延迟完成之前预测结果。

3. VDF 将随机性的生成与立即使用分离。验证者根据先前的随机性提出区块，同时通过 VDF 计算新的随机性。这种分离消除了实时操纵的机会。

4. 由于 VDF 评估需要已知的时间，因此它可以在共识轮次中实现可预测的心跳间隔。这种规律性支持更平滑的最终性，并减少验证者之间由于竞争条件引起的分叉。

5. 当与可验证随机函数 (VRF) 结合使用时，VDF 可创建针对操纵的分层防御。 VRF 产生伪随机值，VDF 延迟其公开确认，确保不可预测性和可验证性。

实施挑战和权衡

1. 在某些情况下，构建可靠的 VDF 需要专门的硬件加速，因为通用 CPU 可能难以应对所涉及的大型模块化算术。麻省理工学院运营的 VDF 联盟等项目已经开发了定制时间锁处理器来优化性能。

2. 部署 VDF 时信任假设发生变化。虽然数学无法走捷径，但用户必须相信参数（例如组设置）是安全生成的并且没有后门。

3. 如果没有正确考虑，网络延迟可能会干扰基于 VDF 的计时。协议必须定义缓冲期，以便验证仅在所需的最小延迟后发生，而不管传输速度如何。

4. 由于复杂性和新颖性，采用仍然有限。尽管研究和测试网实验继续验证其可行性，但目前很少有区块链大规模部署 VDF。

5. 延迟长度的错误配置会削弱安全性。延迟太短可能会导致优化求解器的脆弱性；太长会给共识周期带来不必要的延迟。

常见问题解答

VDF 与哈希函数有何不同？哈希函数可以立即计算，并且通常受益于并行化。 VDF 故意缓慢且连续，需要固定数量的步骤，即使使用更多计算资源也无法缩短这些步骤。此外，VDF 还提供了正确执行的简洁证明，这是标准哈希所不提供的。

VDF 可以在共识机制之外使用吗？是的。 VDF 在时间戳服务、公平彩票系统和反审查发布工具中非常有用。任何需要可公开验证的延迟和加速阻力的应用程序都可以从 VDF 技术中受益。

VDF 是否消除了对权益证明的需要？不会。VDF 补充了权益证明等共识模型，但并不能取代它们。它们增强了现有框架内的随机性和时序性，而不是提供经济安全或验证者激励。

谁验证区块链网络中的 VDF 输出？所有参与节点都可以使用随附的证明来验证 VDF 结果。验证的计算量很小，使全节点和轻客户端都能够确认正确的延迟得到遵守，而无需重做整个计算。