区块链研究实验室 | PoS区块链使用VDFs时间锁

PoW工作证明是在区块链网络上形成共识的最常见方法。不幸的是，PoW具有不可忽略的能源损耗，同时研究人员一直在寻求可替代的共识机制。每种技术都旨在提高相同级别的安全性，同时降低能源需求。有许多替代的方案，例如股权证明（PoS）通常被认为是平衡权力下放，安全性和效率的最佳协议。

在PoS系统中，验证节点将新产生区块加入链中。要成为验证人，必须在系统抵押一定额度的代币。在成为验证人期间，如果您被其他验证人视为行为不端，则系统会有一定的惩罚，削减抵押的代币金额。网络上的任何节点都可以是验证者，但只有一定数量的正式验证者，同时这些验证者是随机选择的。

分布式随机性是一个比听起来更难解决的问题。以前的系统模型要求每个节点都要提交一个随机数，在所有网络参与者提交他们的数字后，所有随机数都被连接并哈希，最后该哈希函数的输出是最终的随机数。

仔细研究后，很明显最后一个提交数字的人可以恶意地操纵最终输出。如图1所示：随机数生成方，因为Walker是最后一个提交数字的人，他可以预先计算各种哈希值并选择一个数字来操作输出。但是，如果哈希函数花费的时间比最后一个参与者必须提交的时间长，则无法及时评估哈希值，这就是VDF发挥作用的地方。

可验证的延迟函数（VDF）是一个强制时间延迟的数学序列函数。然后可以生成一个证明来验证这个时间延迟确实发生了。通过用VDF替换上面的随机数生成方案（图1）中的哈希，可以强制时间延迟，这将不允许Walker过早地评估输出。这解决了恶意行为者的问题，并使数字真正随机。

网上有很多资源解释VFD是如何工作的。为了进一步了解，让我拿食物来做类比解释。

一个苹果进入VDF烤箱。一段时间后，苹果派就会被烘烤出来。然后将苹果派进行切分（这是证据）。任何人都可以将苹果派切分并确认那些苹果就是苹果派。由于制作苹果派需要时间，并且VDF也需要时间来运行，你现在已经证明有人花了一些时间来制作苹果派。VDF的一个最重要的方面是它们是顺序函数;你不能并行运行并以最短时间获得苹果派。就像购买更多的烤箱也不会更快的获得苹果派。

这让我想到了一个要点：虽然PoS可以非常安全，但它并不像PoW区块链那样以时间锁定。在PoW中，存在一个难度参系数，它根据网络上的哈希功率动态而变化。这种机制使区块时间保持不变，同时固有地创建了一个时间锁定的链接列表。网络上的新节点知道将最长的链视为真实链。在一个PoS区块链中，只要拥有51％的抵押权力就可以生成一个新的链，这个链可能在几个小时内比真实链更长。如果发生这种情况，新节点将无法确定网络状态。

而不是像PoW中那样使用算力作为对抗区块的资源，使用VDF来对抗区块。要对PoS区块链进行时间锁定，您只需通过一个vdf运行已验证块的哈希，并将难度调整到您想要的任何区块时间。为了使此系统正常工作，您只需要一个诚实的节点在线托管VDF。但是理想情况下，您需要运行冗余VDF以确保永远不会低于1一个VDF。

这为PoS安全性增加了另一层; 对于历史重写，攻击者现在需要掌握：

1. 51％的抵押能力。

2. 一个VDF比当前VDF快N倍。

3. 时间T = B *（Tk / N）; B是块高度，Tk是旧VDF执行时间。

是否需要额外安全层的必要性仍有待观察，因为在POS系统中发生51%攻击的可能性极不可能。然而，VDF在分布式系统中的价值和应用还没有实现。在未来几年，VDF将彻底改变区块链空间，使其更高效、更实用，最重要的是：绿色，不耗能源。

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