可驗證隨機函數VRF與本體VBFT共識簡介

VRF(Verifiable Random Function）: 可驗證隨機函數。

VRF用在區塊鏈中的意義很好理解——用以完成出塊節點的隨機選擇。

VRF演算法作為一種基於密碼學的新型共識模型，最大的優勢是快速共識、抗攻擊能力、極低算力需求，業界已問世的解決方案有圖靈獎得主Silvio Micali提出的Algorand演算法、Cardano的POS類演算法Ouroboros Praos、Dfinity中基於BLS的演算法、Ontology的VBFT演算法等，其中Algorand與Ontology都是VRF+POS+BFT的結合體。

為什麼我們要寫VRF呢？因為我們發現大名鼎鼎的四大明星項目Algorand 、Cardano、Dfinity 、Ontology都使用了VRF，而且在了解Algorand的過程中，我們發現VRF+BFT簡直不要太精妙，完美解決了區塊鏈不可能三角問題。

在這裡不得不再次感謝 Silvio Micali 教授為密碼學和計算機行業做出的貢獻，特別是在零知識證明與偽隨機數方面做出的突出貢獻。

Silvio Micali 何許人也？麻省理工學院(MIT)教授，歐洲計算機界最高獎哥德爾獎獲得者，計算機界諾貝爾獎－圖靈獎獲得者，偽隨機數與零知識證明的技術大拿、先驅人物。

零知識證明已經在Zcash、Zcoin、ZenCash等匿名幣上得到應用，偽隨機數將會在Algorand、Cardano、Dfinity、Ontology加以使用。所以你說Silvio Micali 有多牛叉？

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(以下內容摘選自本體微信公眾號)

在VBFT演算法參數中，一個重要的參數為共識網路節點的PoS表。VBFT運行過程中，所有節點根據當前的共識PoS表，隨機選擇每一輪參與共識的節點，由隨機選擇的節點完成對應輪的共識工作。

VBFT演算法概述

VBFT演算法可以認為是傳統BFT演算法在可驗證隨機方向的一個改進。在VBFT演算法中，首先基於VRF在共識網路中依次選擇出一輪共識的備選區塊提案節點集，區塊驗證節點集和區塊確認節點集，然後由選出的節點集完成共識。

由於VRF引入的隨機性，每輪區塊的備選提案節點／驗證節點／確認節點都不相同，而且難以預測，從而極大提高共識演算法的抗攻擊性。

VBFT演算法可以概述如下：

VBFT的每輪共識中，

1.根據VRF從共識網路中選擇備選提案節點，各個備選節點將獨立提出備選區塊；

2.根據VRF從共識網路中選擇多個驗證節點，每個驗證節點將從網路中收集備選的區塊，進行驗證，然後對最高優先順序的備選區塊進行投票；

3.根據VRF從共識網路中選擇多個確認節點，對上述驗證節點的投票結果進行統計驗證，並確定出最終的共識結果。

4.所有節點都將接收確認節點的共識結果，並在一輪共識確認後開啟新的共識。

VBFT的VRF

當前VBFT演算法中的每一輪區塊的VRF值都是由前一輪共識區塊所確定的。具體演算法是從上一個區塊中的提取易變信息，然後計算哈希，生成的1024位的 哈希值，將此哈希值作為下一個區塊的VRF值 。

VBFT的fork choice

Ontology作為一個公有鏈，運行在公有網路之中，必然面臨著公有網路中的故障和惡意攻擊。雖然VBFT共識演算法通過隨機方法選擇節點參與共識，已經很大提高網路攻擊的難度，但在發生網路隔離時依然面臨著分叉的風險。

在前面一節介紹過每一個區塊的VRF將可以確定一種節點排序順序，在VBFT進行fork choice時，VBFT將節點的排序順序定義為節點的優先順序順序，然後基於此優先順序順序可以計算每個fork分叉的優先順序權重，每個節點根據各個分叉的優先順序權重選擇合適的分叉。

由於每個區塊都是由VRF確定節點的優先順序順序，對於惡意產生的分叉，很難或者說不可能持續維持自己的高優先順序，因此惡意產生的分叉將很快消亡。也因此，VBFT演算法也提供了快速的狀態終局性 。

VBFT的auto configuration

為維護Ontology共識網路的網路質量，Ontology共識管理合約將定期自動更新共識網路中的節點列表。在發生網路風險時，共識管理合約也支持通過基於Stake的投票，強制更新共識網路中的節點列表。

一個新的節點在獲得更多Stake，並且確認滿足共識網路的節點性能需求後，將在下一次共識網路更新時被加入共識網路。

共識網路自動更新的時間是以區塊為單位。每一次更新的共識網路在完成給定數目的區塊共識後，下一個區塊的備選提案節點必須構建一個共識管理合約執行事務，並將其作為區塊中第一個事務打包到提案區塊中；對應的共識驗證節點和確認節點也將以此驗證提案區塊的有效性。

在包含共識管理合約事務的區塊完成共識後，每個節點將自動執行共識管理合約，更新共識節點列表，至此完成共識節點列表的更新。

VBFT與當前主流共識演算法性能對比

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