隨機(jī)事件在我們身邊無處不在。比如，運(yùn)氣、概率和命運(yùn)就與隨機(jī)性密不可分。人類不理解或無法預(yù)測的一切事物往往被歸類為隨機(jī)事件。物理世界中也有許多隨機(jī)事件，比如云的運(yùn)動、粒子和波的軌跡等。然而，盡管它是那么的令人熟悉，人類卻很難將周圍的隨機(jī)性轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以計(jì)算的東西。
當(dāng)我們談?wù)撚?jì)算機(jī)系統(tǒng)中的隨機(jī)性時(shí)，我們指的是偽隨機(jī)性，這是一種對現(xiàn)實(shí)世界隨機(jī)性的模擬產(chǎn)物。不過，這兩種隨機(jī)性很難區(qū)分。我們在這里要討論的是非常強(qiáng)大的模擬性隨機(jī)（偽隨機(jī)）。
隨機(jī)性在隱私技術(shù)和密碼學(xué)中發(fā)揮著重要作用。值得驚嘆的是通過一個(gè)隨機(jī)值與一條信息就能提供一種簡單而強(qiáng)大的加密方案。比如對稱密鑰加密技術(shù)，兩方進(jìn)行交流時(shí)需要事先共享一個(gè)保密密鑰，但即使是進(jìn)行最簡單的交流也需要確保共享密鑰是隨機(jī)的。如果此共享密鑰不隨機(jī)，則任何人都可以通過已知的密碼算法與信息內(nèi)容竊取保密密鑰，加密也就失去了意義。
隨機(jī)性的作用：
利用隨機(jī)性可以在兩個(gè)人之間構(gòu)建一個(gè)安全的通信渠道，也可以用來確認(rèn)通信雙方的身份。此外，如果同時(shí)有很多人想通過有限帶寬的通信渠道彼此通信，則可以使用隨機(jī)性來公平地確定消息傳遞的順序。隨機(jī)性也可以用來幫助一群人或計(jì)算機(jī)達(dá)成一致。隨機(jī)共識協(xié)議就是這樣一個(gè)例子。這篇文章將探討隨機(jī)性在區(qū)塊鏈中的作用。
區(qū)塊鏈?zhǔn)菐椭喾皆谌驅(qū)用嫔暇湍撤N程度的更新達(dá)成共識的完美例子。更新通常按照回合的方式完成，每個(gè)回合是一個(gè)周期性的離散時(shí)間段。
一般限制共識的的因素有兩個(gè)：吞吐量（在互聯(lián)網(wǎng)上的特定時(shí)間段內(nèi)可以發(fā)送的消息數(shù)量上限）以及延遲（消息通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送所需的時(shí)間）。任何區(qū)塊鏈共識協(xié)議的目標(biāo)都是克服上述限制因素達(dá)成共識。在公鏈中，數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)參與維護(hù)區(qū)塊鏈，如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要向其他所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息并等待來自所有其他節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)，吞吐量與延遲將會讓達(dá)成共識的成本大幅增加。成本高昂是因?yàn)橐粋€(gè)回合中傳遞的信息數(shù)量太過龐大，因此為了達(dá)成共識而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)溝通方案的一個(gè)方式就是削減信息的數(shù)量。
如果區(qū)塊鏈由于隨機(jī)性函數(shù)停止輸出而完全停止，在社會層面上將需要巨大的協(xié)調(diào)成本來重新啟動區(qū)塊鏈。社群需要花費(fèi)大量的時(shí)間通過外部社交媒體平臺就區(qū)塊鏈的形式達(dá)成一致，這樣做的成本與解決DAO黑客的成本相當(dāng)。這種巨額成本也會動搖社區(qū)對區(qū)塊鏈協(xié)議安全性的信心。
另一方面，只要偏差很小并且存在修正偏差的機(jī)制，僅僅幾輪的輕微偏差帶給區(qū)塊鏈安全性的影響也會很小。這是因?yàn)樵诿恳惠喒矃^(qū)塊鏈協(xié)議中給予驗(yàn)證者的協(xié)議內(nèi)獎勵(lì)相對較小。但是由于每輪或每個(gè)時(shí)期（一組輪次）都會選擇新的小組委員，因此在隨機(jī)性函數(shù)中總會存在某個(gè)顯著的偏差，讓驗(yàn)證者可以鉆空子賺錢并導(dǎo)致區(qū)塊鏈協(xié)議的安全性降低。此外，主打隨機(jī)性的彩票游戲需要確保隨機(jī)源不被操縱，因?yàn)榧词挂稽c(diǎn)偏差也會改變彩票的贏家。這是因?yàn)榇鄹牟势苯Y(jié)果的效果是巨大的，可以獲得了大量的即時(shí)獎勵(lì)。因此，這樣的游戲適合僅保證無篡改輸出的隨機(jī)性函數(shù)，即使這意味著隨機(jī)函數(shù)的輸出有時(shí)會停止。
