硬核科普：隨機數與區塊鏈_區塊鏈

隨機數是一個非常重要的密碼學概念，近日MYKEY研究部門負責人姚翔老師做客PlatON社區，參加社區快閃活動，為社區講解隨機數定義與區塊鏈中隨機數方案及相關應用。

在參與抽獎或抽樣的過程中，我們經常聽到“隨機數”這個詞。隨機數在密碼學中有著非常基礎且重要的地位，常用于密鑰和安全參數生成。而在日常生活中，隨機數也是保障公平性的重要手段，廣泛應用于抽樣、抽簽、抽獎等場景當中。隨機數在區塊鏈中也應用廣泛，除了密鑰生成等傳統安全場景，在共識機制、零知識證明等熱門場景中也發揮著重要的作用，保護著區塊鏈的安全。

Blackhawk Network與Google Play合作提供數字貨幣選項:金色財經報道，支付提供商Blackhawk Network (BHN) 與 Google Play 合作，通過在實體零售店進行交易，將現實世界的現金轉換為數字貨幣。

該合作伙伴關系由 BHN 的系統和零售合作伙伴關系以及 Google Play 的數字支付平臺提供支持。它將于 2023 年年中與 Lawson Japan 一起推出。[2023/6/5 21:15:12]

然而，在實際的應用當中，由于對隨機數的理解不到位，實現不嚴謹，引發了大量的安全風險事件。索尼、YubiKey等知名企業都曾出現過隨機數生成器的嚴重缺陷，不得不緊急進行固件更新，雖然沒有造成毀滅性后果，但造成的損失也難以評估。而在區塊鏈上，由于開獎隨機數可被預測，在近兩年里直接造成了成百上千萬資產的損失，可以說“歷史總在重演”。

ETH 2.0總質押數已超1715.91萬:金色財經報道，數據顯示，ETH 2.0 總質押數已超1715.91萬，為17159139個，按當前市場價格, 價值約269.21億美元。此外，目前ETH 2.0質押總地址數已超55.96萬，為559609個。[2023/3/5 12:43:03]

看上去簡單的隨機數如此重要，又引發這么多問題。研究和開發人員必須理解它的原理和細節，才能避免在應用過程中犯錯。

那么，什么是隨機數？怎樣判斷隨機數的質量呢？在區塊鏈中一般生成隨機數的方法又有哪些？

持牌數字資產經紀商OSL向專業投資者銷售證券型代幣:據官方消息，OSL Digital Securities Limited（OSL）今日宣布成為中國香港首家通過私募發行證券型代幣方式進行（STO）向專業投資者分銷證券型代幣的證監會1類持牌數字資產經紀商。

此次發行的參與者包括Animoca Brands、 聯合金融集團（Head and Shoulders Financial Group）、中國富強金融集團（China Fortune Financial Group Limited）、Volmart及大圣資產管理有限公司（Monmonkey Group Asset Management Limited）。

本次項目中的每一個代幣代表一萬美元為單位、跟比特幣掛鉤的美元債券。該債券由BC科技集團（BC集團，OSL母公司）的一家子公司發行，并由BC集團同時擔任債券擔保人。這些代幣是使用以太坊區塊鏈開發的，帶有固定利率票息及與比特幣表現掛鉤的額外票息，有效期為3個月。[2022/7/26 2:38:38]

首先我們來說隨機數是什么。隨機數并不是一個具體的數，而是在通過隨機數生成器產生的一個或一組數的序列。這個序列所能出現的元素來自確定的集合，每次選出的元素不可預期，但元素出現的概率恒定的（一般是等概率的）。譬如說扔一枚六面均勻的骰子，結果不可預期，但每個面的概率都是相等的，每次擲出的結果就可以作為一個隨機數生成的方法。

彭博社：蘋果最早今年內或將發布元宇宙操作系統“rOS”及頭顯產品:金色財經報道，據彭博社消息，蘋果公司擬最早于今年年內發布元宇宙產品，據稱蘋果目前已經向董事會展示了一款結合 VR 和 AR 功能的頭顯設備初始版本，該設備的處理器“與蘋果最新的 Mac 處理器相當”和“超高分辨率屏幕”。同時，一位不愿透露姓名的消息人士還稱，蘋果公司還在開發配套的操作系統，名為“rOS”。彭博社還透露，蘋果公司最早應該會在今年年底或明年某個時候推出這款元宇宙設備，并在 2023 年將其提供給消費者。[2022/5/21 3:32:29]

真隨機數一般來自物理世界的隨機行為，需要進行噪聲搜集，而在計算機科學中，一般使用確定性的算法來模擬隨機數的生成，也稱偽隨機數。對偽隨機數的檢測非常重要，全面、完備的檢測可以避免算法缺陷或人為后門造成的風險。目前常用的隨機數檢測標準有 NIST SP 800-20和GB/T 32915-2016 等。

需要補充的是，在NIST這份標準提供的參考實現中，就曾被懷疑植入過后門。

Dual_EC_DRBG，目前該推薦實現已經被刪除。而在即將召開的密碼學重要會議Crypto 2020中，也有一篇對NIST CTR-DRBG這個隨機數生成器的安全分析，指出了其缺陷并給出了修復方法。而在會議接受的論文里，研究隨機性相關問題的論文多達6篇。這都說明隨機數的問題并不簡單，也馬虎不得。

在區塊鏈中，由于較難從物理世界中獲取隨機噪聲，生成隨機數的難度更大。

目前一般的思路是通過幾種不同策略組合使用：一是通過多方協同生成；二是通過哈希函數等隨機預言機引入隨機性；三是通過承諾-揭示協議降低參與方作弊可能；四是引入門限協議或經濟約束提高產生隨機數的成功率。

多方協同產生指的是隨機數的生成依賴多個參與方的輸入，這樣隨機數就較難被單方操縱。

由于每個輸入方的輸入可能具有很強的規律性，隨機性不足。需要使用隨機化的函數，例如哈希函數對輸入進行處理。可以將所有參與方的輸入作為函數的輸入參數，輸出的結果作為隨機數。

承諾-揭示協議主要是為了避免參與方作惡，參與方需要先將自己想輸入的結果做一個承諾，一般也是通過哈希函數完成。承諾發布之后，參與方的輸入就不能再修改了，但需要注意的是，他仍然可以選擇不把承諾揭示。

引入門限協議，通過秘密共享或門限簽名的方式，可以避免隨機數生成方案因為一個參與方沒有完整執行流程而失敗，具備一定的容錯性，提高隨機數產生的成功率。引入經濟約束，可以避免參與方通過拒絕揭示的方式影響隨機數結果，對惡意的參與方進行懲罰。

安全多方計算技術正是產生高質量的鏈上隨機數的重要基礎技術。運用安全多方計算技術，可以讓多方不可抵賴地協同生成隨機數。PlatON基于安全多方計算技術可以更好地為鏈上隨機數提供解決方案。

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