HPB专栏|HPB硬件随机数—去中心化应用的安全基石

随机性的需求和应用在日常生活中随处可见，如游戏、彩票、抽样、公平分配等。

格但斯克大学的Marcin Pawlowski教授指出：“世界上每一个电子设备都需要随机性，而且非常需要随机性。在任何需要安全通信的场景，都必须生成和依赖加密密钥。这些加密密钥必须是随机产生的，确保没有人可以轻易猜到它……如果有人能预测出这些数字（不必是完全契合——如果他或她能猜出其中的一些随机数，那就足够了），意味着你的所有通信信息都将不再安全。”

在我们的日常生活中，随机数是任何公平和安全系统的重要媒介。

随机数的风险

事实上，随机数的概念不难理解。这是一个基于概率随机生成的数字。从统计学上讲，随机数没有可预测的模式或规律性，这就是它们不可预测和具备机密性的原因。

为了产生随机数，人们发明了各种方法：使用骰子、轮盘赌、抛硬币等统计方法；使用计算机语言；使用量子力学原理等等。

目前，获得随机数的方法主要有两种。一种方法是只使用计算机软件。例如，通过在以太坊上创建智能合约或通过多方利益相关者参与获得随机数。另一种方法是使用硬件，即直接通过硬件获取物理属性来生成随机数。然而，这两种方法都有其局限性：基于软件的方法不可靠且易于被操纵，而基于硬件的方法则使随机数无法验证。

从技术上讲，只有第二种方法产生真随机数。计算机生成的数字被认为是“伪随机”的，因为知道程序如何进行计算，攻击者就可以轻易地预测这些“随机”出现的数字。

目前，许多现有的随机数生成器实际上只生产伪随机数，它的值可被计算机程序预测，这些系统被称为中心化随机数生成系统。这种随机数序列是危险性非常高，攻击者可以很容易地改变随机数的生成算法。也就是说，并非所有的伪随机数都是加密安全的。

与伪随机数对应的是真随机数，它可以从物理系统中获得，例如通过激光中的光学噪声、原子中的放射性衰变和硬件系统等。从物理系统中提取的真随机数本质上是不可验证的，缺乏公平性。美国国家标准与技术研究所（NIST）的Beacon提供了一个例子，即使获得了从宇宙辐射中取样的熵，人们仍然可以比其他人早先知道最新的随机数，并且有能力选择和干扰现有的随机数。

HPB去中心化硬件随机数

现有的随机数生成器虽然很好地规避了在随机性、不可控性和不可预测性等方面潜在的问题，但仍然存在安全性和可验证公平性的不足。

因此，人们希望找到一个公平性好的随机数生成器和生成机制。而恰好区块链为生成可验证的、公平的随机数提供了分布式的网络，除了满足随机数的基本统计要求外，公有区块链上搭建的随机数生成器生成的随机数还同时具备了不可预测、不可控、不可篡改和公平可验证的优点。

作为一个结合了软硬件终极速度和安全性的创新区块链项目，HPB芯链提出了一种分布式和可验证的硬件随机数解决方案，并精心设计了参与者的激励机制，确保随机数的公平可验证。

HPB芯链首次实现了区块链软硬件的完美结合，HPB的硬件随机数生成器（HRNG）则通过HPB区块链加速引擎（BOE）从物理过程中生成随机数。具体过程为，HRNG在BOE的模数转换器中检测到电压的微小变化（最小10bit），这个不断变化的电压值（满 256bit）作为随机数种子，被提交到到每个新的HPB区块中，经过高性能节点的共识算法计算得出最终的随机数。

这与通常在计算机程序中实现的伪随机数生成范式形成了对比。HPB的硬件随机数基于HPB硬件BOE节点在HPB主网上生成的共识，它是一个100%的硬件随机数，非常接近真随机数。

同时，HPB的硬件随机数生成器具有内置的激励机制，以防止合谋和攻击。更具体地说，在HPB的随机数生成中，所有节点都是随机数的生产者，而智能合约和外部API调用则是随机数的消费者。为了保证随机数的公平性，这种多方利益相关者的参与确保了链上验证，以防止随机数被操纵或篡改。此外，内置的激励机制，允许随机数生成者和消费者通过帮助维持随机数服务，获得相应的奖励。

去中心化应用的安全基石

HPB硬件随机数不仅具有传统硬件随机数不可控、不可预测的优点，而且具有去中心化激励、跨链、分布式服务、透明性和可验证性等特点。

HPB合伙人Jason在最近的一次社区AMA中介绍说，“HPB的硬件随机数是去中心化应用的安全基石，可被应用于多种去中心化业务，包括DeFi、链上游戏、链上彩票等。现在已经有一些去中心化应用采用了HPB的硬件随机数生成器来获得更安全可信的随机源。例如，DeFi明星项目Nest Protocol已经完成了在HPB主网上的部署。此外，我们也在探索HPB硬件随机数在互联网产品中的整合应用。”

另外，据媒体报道，最近一个名为Randomhub的区块链项目宣布与HPB芯链达成合作，将合作共同为去中心化应用提供随机数服务（RaaS）。Randomhub将使用HPB的硬件随机数生成器为去中心化应用提供安全可信的随机源。

致力于区块链创新，HPB芯链主网上线三周年

7月23日，中国最大的移动支付业务支付宝母公司蚂蚁集团旗下的蚂蚁链（原蚂蚁区块链）正式发布上线蚂蚁链，号称“全球首个结合内置软件和专用硬件加速器的区块链解决方案” 。

然而众所周知的是，早在2017年，HPB芯链创始人汪晓明就已经提出并设计了“全球首个软硬件结合的区块链解决方案”。2018年，HPB芯链发布了区块链加速引擎（Blockchain Offload Engine，简称BOE)，这是世界上第一个独立研发的硬件加速程序，能够有效地整合软件和硬件的性能，为区块链应用赋能。项目同时还发布了HPB硬件随机数生成器等区块链产品。

HPB 芯链是一个快速发展且引领区块链行业创新的区块链项目，项目结合区块链软硬件，有效地提升了区块链的应用性能和安全性。芯链在最近的社区AMA中也反复提到，接下来将重点发力HPB硬件随机数的商业应用和DeFi的生态建设，在HPB芯链主网上线三周年之际，祝福HPB芯链硬性与韧性共长，在区块链技术创新的长跑中再接再厉，为社区带来更多的惊喜！

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编译者/作者：芯链

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