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区块随机 seed 的生成

警告

此信息在撰写时是最新的。它可能会在任何网络升级时发生变化。

偶尔,在TON上会创建一个彩票合约。通常它使用不安全的方法来处理随机性,因此生成的值可以被用户预测,彩票可能被耗尽。

但是,利用随机数生成中的弱点通常涉及使用代理合约,如果随机值正确,代理合约会转发消息。存在有关钱包合约的提案,这些合约将能够执行链上任意代码(当然由用户指定和签名),但大多数流行的钱包版本不支持这样做。那么,如果彩票检查赌徒是否通过钱包合约参与,它是否安全?

或者,这个问题可以这样表述。外部消息能否被包含在随机值正好符合发送者需求的区块中?

当然,发送者无法以任何方式影响随机性。但是生成区块并包含提议的外部消息的验证者可以。

验证者如何影响seed

即使在白皮书中,关于这一点的信息也不多,所以大多数开发者都感到困惑。这是关于区块随机的唯一提及,在 TON白皮书 中:

为每个分片(w, s)选择验证者任务组的算法是确定性伪随机的。它使用验证者嵌入到每个主链区块中的伪随机数(通过使用阈值签名达成共识)来创建随机seed,然后为每个验证者计算例如Hash(code(w). code(s).validator_id.rand_seed)。

然而,唯一被保证真实且最新的是代码。所以让我们看看 collator.cpp

  {
// 生成随机seed
prng::rand_gen().strong_rand_bytes(rand_seed->data(), 32);
LOG(DEBUG) << "block random seed set to " << rand_seed->to_hex();
}

这是生成区块随机seed的代码。它位于协作者代码中,因为它由生成区块的一方需要(并且对轻量级验证者不是必需的)。

所以,我们可以看到,seed是由单个验证者或协作者与区块一起生成的。下一个问题是:

在知道seed后是否可以决定包含外部消息?

是的,可以。证据如下:如果外部消息被导入,它的执行必须成功。执行可以依赖于随机值,所以保证seed事先已知。

因此,如果发送者可以与验证者合作,那么确实存在一种方法来攻击"不安全"(让我们称之为单区块,因为它不使用发送消息后的任何区块信息)随机。即使使用了randomize_lt()。验证者可以生成适合发送者的seed,或者将提议的外部消息包含在将满足所有条件的区块中。这样做的验证者仍然被认为是公平的。这就是去中心化的本质。

为了让这篇文章完全覆盖随机性,这里还有一个问题。

区块seed如何影响合约中的随机数?

验证者生成的seed并不直接用于所有合约。相反,它是与账户地址一起哈希的。

bool Transaction::prepare_rand_seed(td::BitArray<256>& rand_seed, const ComputePhaseConfig& cfg) const {
// 我们可能使用 SHA256(block_rand_seed . addr . trans_lt)
// 但实际上,我们使用 SHA256(block_rand_seed . addr)
// 如果智能合约想进一步随机化,它可以使用 RANDOMIZE 指令
td::BitArray<256 + 256> data;
data.bits().copy_from(cfg.block_rand_seed.cbits(), 256);
(data.bits() + 256).copy_from(account.addr_rewrite.cbits(), 256);
rand_seed.clear();
data.compute_sha256(rand_seed);
return true;
}

然后,伪随机数是使用 TVM指令 页面上描述的过程生成的:

x{F810} RANDU256
生成一个新的伪随机无符号256位整数x。算法如下:如果r是随机seed的旧值,被视为一个32字节的数组(通过构造无符号256位整数的大端表示),那么计算它的sha512(r);这个哈希的前32字节被存储为随机seed的新值r',剩余的32字节作为下一个随机值x返回。

我们可以通过查看 准备c7合约 的代码(c7是存储临时数据的元组,存储合约地址、起始余额、随机seed等)和 随机值本身的生成 来确认这一点。

结论

TON中没有随机是完全安全的,就不可预测性而言。这意味着这里不可能存在完美的彩票,也不可能相信任何彩票是公平的。

PRNG的典型用途可能包括randomize_lt(),但是可以通过选择正确的区块向它发送消息来欺骗这样的合约。提出的解决方案是向其他工作链发送消息,接收回答,从而跳过区块等...但这只是推迟了威胁。事实上,任何验证者(即TON区块链的1/250)都可以在正确的时间选择发送请求给彩票合约,以便来自其他工作链的回复在他生成的区块中到达,然后他可以选择他希望的任何区块seed。一旦协作者出现在主网,危险将会增加,因为他们永远不会因为标准投诉而被罚款,因为他们不会向Elector合约注入任何资金。