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Chia VDF 算法原理剖析

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时间:1900/1/1 0:00:00

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;

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;

QTC的PoST的Chia miner solo软件已开源:据官网消息,2022年6月16日,QitChain network 的PoST的算法升级版Chia miner solo软件已正式升级完成,并已在github开源。Chia miner可以直接通过官网solo软件参与到QTC的网络。[2022/6/19 4:38:44]

Function:即结果是确定性的,输入x,就会得到y。

Figure1POT

Chia全网有效算力36.50EiB 挖矿产出1,795,558枚:金色财经报道,据chiaexplorer数据显示,2021年9月23日,Chia当前全网有效算力为36.50EiB,目前XCH总量22,795,558枚,挖矿产出1,795,558枚。当前每天每TiB算力可产出0.0002个XCH,1TiB算力挖出1枚XCH需要花费约11年137天。行情显示,当前XCH报价为206.44美元,日内涨幅1.11%。[2021/9/23 17:01:06]

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。

Chia全网有效算力28.91EiB 挖矿产出997,556枚:金色财经报道,据chiaexplorer数据显示,2021年6月29日,Chia当前全网有效算力为28.91EiB,目前XCH总量21,997,556枚,挖矿产出997,556枚。当前每天每TiB算力可产出0.0003个XCH,1TiB算力挖出1个XCH需要花费约8年288天。行情显示,当前XCH报价为271.8美元,日内跌幅1.78%。[2021/6/29 0:13:19]

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:

如果群组的阶为d,那么根据群组的性质:x2^T=x(2^T)%d

Chia创始人:Hpool不可能伪造空间:金色财经报道,在推特回答网友有关“Hpool占有了全网一半的算力,为什么爆块只有三分之一左右”的问题时,Chia创始人Bram Cohen表示:“因为人们从Hpool收集,但当他们找到这些区块时,就会自己留着。伪造空间是不可能的,但双重耕种(double farming)绝对是可能的。”此前消息,Chia创始人表示,Hpool正使用不安全的协议,但Chia区块链本身仍是安全的。[2021/6/15 23:36:14]

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:

Figure2ifa<L

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。

标签:CHIXCHPROVERchianetworkTokenize XchangeEYES ProtocolBunicorn Universal Reward

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