對可驗證隨機函數 VRF 的簡明解釋

因爲可驗證隨機函 VRF 對設計區塊鏈共識算法有很大幫助，最近就研究了一下 VRF，接下來 分享我對 VRF 和共識算法的最新理解 。

要理解 VRF 的工作原理，首先要理解哈希函數，這是基礎知識，比如 SHA256，SHA3 等等，不必詳細討論。先理解一下這裏說的“隨機”是什麼意思：

一個理想的哈希函數，其值域應該是離散的、均勻分佈的，給定不同的輸入值，其輸出值應該沒有規律，隨機的灑落、分佈在值域區間內。

再看一個簡單的哈希函數變種，即 結合了密鑰 secret 的哈希函數 ，比如 result = SHA256 （secret，info），那麼要得到結果 result，僅僅擁有 info 是不夠的，必須要知道 secret 才能計算出來，或者說我們已經擁有了結果 result 和 info，但是必須知道 secret 才能驗證 info 和 result 是否是對應匹配的，這就是帶密鑰的哈希函數。

然而這裏引申出了一個問題：有沒有可能在不出示密鑰 secret 的情況下，驗證 result 和 info 是對應匹配的？於是就有了 可驗證隨機函數 Verifiable Random Function （VRF） 。

簡單來說，也就是結合了非對稱密鑰技術的哈希函數，比如 result = VRF_Hash （SK，info），SK 是私鑰，不公開，祕密保存，和 SK 配對的 PK 是公鑰，需公開給驗證者。

具體的操作流程如下：

1、證明者生成一對密鑰，PK、SK；

2、證明者計算 result = VRF_Hash （SK，info）；

3、證明者計算 proof = VRF_Proof （SK，info）；

4、證明者把 result 和 proof 遞交給驗證者；

5、 驗證者計算 result = VRF_P2H （proof）是否成立，若成立，繼續下面的步驟，否則中止；

6、 證明者把 PK，info 遞交給驗證者；

7、 驗證者計算 True/False = VRF_Verify(PK, info, proof) ，True 表示驗證通過，False 表示驗證未通過。

所謂的 驗證通過 ，就是指 proof 是否是通過 info 生成的，通過 proof 是否可以計算出 result，從而推導出 info 和 result 是否對應匹配、證明者給出的材料是否有問題。在整個操作流程中，證明者始終沒有出示自己的私鑰 SK，驗證者卻可以推導出 info 和 result 是否對應匹配，這就是 VRF 的妙用。

也可以從哈希函數的演化歷史角度做個總結：

原始的哈希函數：info –> result

帶密鑰的哈希函數：（info, secret）–> result

公鑰版本的哈希函數（即 VRF）：（info,SK）–>（proof,verified by PK）–> result

作者：Karl 嘉楠區塊鏈研究院高級研究員

嘉楠區塊鏈：嘉楠耘智（Canaan Inc.）旗下區塊鏈板塊。