VER:Chia VDF 算法原理剖析_pendprotocol

随着爆火产品Chia的出现,挖矿行业又有了更新颖亲民的玩法,即低门槛的硬盘挖矿方式,这种挖矿方式让越来越多的普通人能够参与到挖矿中来,一起感受区块链行业的热潮。

根据Chia的白皮书介绍,Chia采用的共识机制是空间证明和时间证明(POT,ProofOfTime)。POS主要用来证明用户的确有未使用空间可以用来存储,而POT则用来保证整个系统的安全性,其主要算法是VDF可验证延迟函数,VDF得出的运算结果必须经历一定的时间,并且可以由网络中的任何节点快速认证,增加POS获得出块权的概率。

Verifiable:即经过一定次数的计算后,prover可以快速生成一个小的proof来证明计算有效性,verifier不用重复执行计算就可以得知计算的正确性;

菲利普斯拍卖行将拍卖Banksy作品并接受加密货币付款:街头艺术家班克斯(Banksy)的标志性作品将再次被拍卖并以加密货币付款,这次是在香港的菲利普斯拍卖行。根据周五的公告,菲利普斯拍卖行正在出售名为“Laugh Now Panel A”的作品,估计价值在282万美元至410万美元之间。这是该拍卖行首次接受比特币或以太坊作为艺术品的付款方式。(ArtDaily)[2021/5/8 21:36:51]

Delay:即prover只有执行正确次数的计算后,才能得到正确的结果,不会出现没达到指定次数前,就得到正确结果的情况;

Function:即结果是确定性的,输入x,就会得到y。

Galaxy Digital创始人:预计在未来几年内,加密货币将占全球财富的3%:加密货币投资公司Galaxy Digital创始人Novogratz表示,预计在未来几年内,加密货币将占全球财富的3%。[2021/4/17 20:29:17]

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VDF的计算

基于Chia的设计模式,如果某个节点的VDF计算速度高于其他节点,有可能会发起某种安全攻击。因此,为了避免这一威胁,Chia希望节点中运行的VDF算法是最高效的,所以基本没有什么优化空间。为此,Chia还举办了两次VDF效率竞赛,以高额的奖励来吸引业内精英参与到本次活动中来,广泛汲取大家的智慧,来获取效率最高的VDF。

Coinbase与多家加密公司对拟议的非托管加密钱包法规表示担忧:Coinbase首席执行官BrianArmstrong发推就其听到的“美国财政部长StevenMnuchin正计划任期届满之前就非托管加密钱包制定新法规”的传闻表示担忧,并指出,已于上周与多家加密货币公司和投资者一起致信财政部阐明了这一点。BrianArmstrong表示,“拟议的法规或将要求像Coinbase这样的金融机构在非托管钱包的所有者接收资产之前,验证接收者或所有者,并收集相关身份信息。从表明来看似乎很合理,但这不切实际,这可能会使得从加密金融机构到非托管钱包的交易就可能会减少,进一步阻碍加密用例的发展和创新,长期来看,将使美国作为金融中心的地位受到威胁。非托管加密钱包有潜力推动金融创新、降低金融服务成本以及改善金融普惠性。”[2020/11/26 22:11:04]

如上图所示,Chia里用到的VDF算法其实很简单,就是对一个数x进行连续的T次平方计算,x是一个未知阶的群组的元素。为什么是未知阶的群组,其中缘由也很简单:

LoserChick中国社区成员Mr Newton:任何行业早期都会经历一个探索期,链游亦是如此:金色财经报道,8月4日,LoserChick中国社区成员Mr Newton做客金色财经举办的“GameFi-DeFi+NFT 如何打破壁垒重塑链游价值”为主题的金色沙龙第68期活动。Mr Newton表示任何行业早期都会经历一个探索期,这个阶段人才有限,基础设施不完善,发展方式道路不清晰,行业资金有限等等,导致行业都会经历一个匍匐前进的时期,这是一个很正常的过程。

在过去几年中,链游就是在走这个过程。传统巨头没参与进来,大概有三方面原因:一还未意识到 GameFi 对于Game的变革性;二合规性,GameFi 作为新兴产物,监管条例还不完善,不能保证完全合规;三水土不服,Crypto的文化和传统巨头的文化本就不同。[2021/8/4 1:34:01]

如果群组的阶为d,那么根据群组的性质:x2^T=x(2^T)%d

就会存在未达到指定次数T,就得到正确结果,这与Chia的设计不一致;因此,群组的阶是无法被知道的;生成未知阶的群组的方式有两种:

基于RSA的群;

虚二次域类群;

当选择基于RSA的方式时,群的阶N=pq,其中p、q都是很大的素数且不可公开,因此,计算这种群的阶的难度就和分解大数N一样困难。所以被认为是安全的,但是,这种方式需要可信设置,即p、q由可信第三方生成,或许也可以用MPC的方式,但是总之,它需要可信设置;

而基于虚二次域的类群可以消除可信设置,因为一个满足|d|=3mod4关系的负大素数生成的类群,计算其阶是困难的,由于这个大素数可以公开,因此这种方式可以很容易的生成无须可信设置的未知阶的群。

了解了背后的数学概念,下面让我们再看一下,基于虚二次域类群的元素的平方应该如何计算,如下图所示:

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Figure3ifa>L

NUDUPL算法为目前为止,计算虚二次域平方的最有效的方法,这也是在两次VDF算法竞赛中,参赛者们选用最多的方法。图2、图3展示了算法的两个主要分支,其中m=(a,b,c)、M=(A,B,C)都是群中元素的表示形式。

VDF的证明

由图1可知,prover除了需要做T次计算外,还需要生成一个证明,来证明计算的正确性,关于VDF的正确性论证,这篇论文中给出了两个经典的方法,Chia采用的是Wesolowski的论证方法,此方法的过程如下图所示:

算法本身简单,且好理解。和论文中的Pietrzak算法相比,该算法生成证明更小,验证proof更快。

结语

经过一段时间的研究和测试,Chia目前采用的VDF算法确实相当高效,从算法上,已经寻找不出可以大幅优化的点。“软的不行就来硬的”,这也是为什么我们仍然坚持把Chia的VDF算法研究的很深入的一个原因,目前已经着手硬件优化设计。从理论上讲,具有更高效率的VDF计算,可以获得更高的挖矿效率,这也是我们的目标。

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