区块链:“没有荷官的局”数学问题：论可信随机数在区块链领域的应用_区块链工程专业张雪峰

作者：白玉盘

一、关于随机数

随机数，作为一种重要的基础科学资源，应用非常广泛，是密码学、博弈、科学仿真……的基础。

最早对随机数的认识，是从开始。大量经典涉及随机数的数学问题，都对应着的日常问题。

如现代保险、银行的基础学科“概率论”，就源自“两个徒如何公平分金”的问题。

1、伪随机数（表面随机数)

学术界的共识

随着科学认知的加深，近代科学家们发现，任何基于经典力学的过程，所产生的随机数，本质上都不是真随机的。

因为经典系统中的随机性，都是“表面随机性”，只是确定性事件的概率组合。它之所以表现出随机性，是因为观察者对系统整体运作机制的不完全了解。

计算机与随机数

在之前，全球学术界的共识，是“由计算机生成的随机数，都被认为是伪随机数”。

Web3电子邮件平台Mailchain新增支持.bnb和.arb域名:5月22日消息，Web3电子邮件平台Mailchain宣布通过与SPACE ID集成现已支持Arbitrum的.arb和BNB Chain的.bnb域名。域名所有者需要创建一个Mailchain账户，使用持有域名的地址进行绑定后，即可使用Mailchain发送或接收邮件并与应用、DAO、项目或社区进行交互。[2023/5/22 15:19:14]

一般认为，只有在量子系统中，才能产生真随机数。

2、真随机数

量子系统与真随机数

微观粒子的状态具有“内禀随机性”，其随机性不是因为缺乏对系统的了解而造成，而是微观粒子固有的特性。

利用这种内禀随机性,可以产生真正的随机数。

（2)实际应用中的缺陷

但是，在实际应用中，一个密码系统，是多方组成。

数据：20多个地址共计持有PEPE总供应量近12%:4月19日消息，据 0xScope 监测显示，当前市场上最火的 meme 币之一 PEPE 在 Uniuswap 建池 5 分钟内，有 20 多个地址花费不超过 0.02 ETH 购买大量 PEPE 代币。 0xScope 将这些地址汇集并统计持仓后发现，其总计持有 50 兆枚 PEPE 代币，约占总供应量的11.9%，当前总价值超 1700 万美金。由于买入时间相当早，且这些地址的资金多来自 Fixedfloat 等能隐匿资金流的非托管交易平台，0xScope 表示不排除这些地址属于内部人士。[2023/4/19 14:13:41]

而由某方的量子设备生成的真随机数，仅仅具有“等概性”特征，即每个比特0和1出现的概率相等，这无法满足一个密码系统的需求。

因为无法确认该量子设备，是否安全。

解决方法

数据：过去半年，103家Web3公司在链上产生了收入:1月3日消息，红点创投知名风险投资家Tomasz Tunguz发文表示，在过去6个月，103家Web3公司在链上产生了收入，其中44%的产值低于50万美元，41家公司在500到2500万美元之间，最大的以太坊产生了4.01亿美元。[2023/1/3 22:23:13]

所以，要能满足一个密码系统的安全需求，还必须具备“独立性”。

即，每个比特与其它任何变量(包括该随机数中的其他比特和外部变量)都统计独立。

简而言之，即生成真随机数的量子设备，必须具备绝对可信度。在假设该设备拥有者会作弊的前提下，整个系统生成的随机数，依然可以绝对可信。

3、设备无关真随机数

不需要信任量子设备，也能得到真随机数

采用设备无关量子随机数扩展方法，实现随机数的扩展,同时保证扩展出的新随机数，是可信的(即与任何外部变量都没有关联)。

经合组织发布新的加密资产全球税务报告框架:金色财经报道，根据周一的新闻稿，经济合作与发展组织（OECD）发布了其新的税务报告框架，即加密资产报告框架（CARF） 。报告称，该框架于8月获得批准，确保收集和自动交换有关加密交易的信息。加密资产的定义包括可以在没有传统金融中介干预的情况下以去中心化方式持有和转移的资产，包括稳定币、以加密资产形式发行的衍生品和某些不可替代的代币。促进相关加密资产之间交换的中介和其他服务提供商，如交易所、经纪人和 ATM 运营商，也将包括在范围内。[2022/10/11 10:30:11]

使用这种方案时，即使用户不信任设备供应商，也可以确保其他任何人，都不知道自己所产生的随机数的任何信息。

缺陷

目前，设备无关真随机数的生成和验证，成本极为昂贵，尚无法实用。

包括几年前美国国防部支持的实验，以及2018年中国潘建伟团队的实验。都可以在实验室环境中的系统里，生成设备无关的真随机数。但成本依然无法被任何一个运行的系统所承受，包括不计成本的军事系统也无法承受这样的成本。

英国加密货币和数字资产部门对加密货币领域展开调查:金色财经报道，英国加密货币和数字资产部门的跨党派议会小组（APPG）正在探索进一步监管市场的必要性，并邀请整个行业的利益相关者提供反馈，包括加密货币运营商、监管机构、行业专家和政府。

这个跨党派小组由Lisa Cameron议员主持，由议员和上议院组成，包括前数字部长Lord Vaizey、财政部特别委员会成员Harriett Baldwin议员和前国务卿Matt Hancock议员等人，作为议员、政策制定者和英国加密货币行业的论坛，讨论该行业的政策和监管。（finextra）[2022/8/4 12:02:14]

所以，能否充分发掘量子力学特性，设计出各类性能指标更优的扩展方案，让设备无关真随机数的成本更低、效率更高、适用面更广，是全球学者们正在研究的重要方向。

二、一个极低成本，生成绝对可信的设备无关随机数的方法

1、突破

没有荷官的

UOC在解决一个数学问题“没有荷官的局”时，发现了一个“在任意约定范围内，生成完全可信的设备无关随机数”的方法。

该方法，以非常低的成本，可以在密码系统中，在任意约定范围内，生成一个完全可信的设备无关随机数。

通过该方法生成的随机数，我们命名为“可信随机数”，相关算法，我们命名为“MP.WJ算法”

“没有荷官的局”数学问题

这是一个多年来，一直没有得到完善解决的数学问题。

描述的是，在一个扑克牌局中，如何在没有第三方荷官发牌的情况下，完成一场公平可信的局。

该数学问题，在1979年，R.S.A三位教授提出了可以解决问题的算法，一般被数学界称之为MentalPokerR.S.A算法。但也是因为成本、效率、应用范围问题，多年来一直无法真正被应用。

2、价值

我们完成的可信随机数，应用方向非常广泛，不仅适用于区块链领域，还可以应用在所有需要高质量随机数的互联网和线下商业环境中。如：

彻底解决了“区块链伪随机数漏洞”的重大底层技术问题；

支持了效率远超过POW共识算法的全新共识算法；

彻底解决大部分网络游戏中的“外挂”问题。

让线下中的大部分局，绝对无法作弊，同时大幅降低人员成本。

让网上，绝对无法作弊。

…………

3、验证

在2018年，UOC的可信随机数算法，由数学家丘成桐教授、盛大集团联合创始人谭群钊，先后在上海进行了现场验证。

三、区块链领域的伪随机数漏洞问题

1、计算机的既有问题

在计算机中，一直以来，都只能生成“伪随机数”。

但因中心化计算机网络系统本身的封闭性，其安全问题不容易被暴露。

2、区块链领域尤其严重

而在区块链项目中，因为其代码公开、运行机制公开，伪随机数的问题，就显得尤为严重，极易被人提前掌握伪随机数的生成结果。

只是，因为目前区块链项目极为简单，使用随机数的地方很少。所以没有被人们重视。

直到2018年，随着使用伪随机数的区块链项目越来越多，伪随机数漏洞爆发越来越频繁，才引起大家的重视，并提出了各种弥补方案。

3、没有现成解决方案

但因为根本原因，是伪随机数的生成机制，在公开透明的区块链运行环境中导致的问题。

所以，这些弥补方案，无一额外都被证实无法根本解决问题。

包括RSA算法发明人在1979年公布的MentalPoker算法，也无法解决区块链伪随机数漏洞问题。

4、彻底解决的方向

能在计算机网络环境中，生成“完全可信的设备无关随机数”，是解决“区块链伪随机数漏洞”的根本方法。

四、MentalPokerR.S.A算法

1、之前的算法

“没有荷官的局”问题，在我们之前，最有效的解决方案，是RSA算法的三位发明人RonaldLinnRivest、AdiShamir、LeonardAdleman，在1979年提出来的，学术界称之为"MentalPokerR.S.A算法"。

但该算法，因为效率极低、成本很高，且应用面非常狭窄，所以一直只是理论上解决了该难题，而没有在实际应用中落地。

2、使用情况

一些国外区块链项目，采用该MentalPokerR.S.A算法试图解决区块链伪随机数问题，一直没有获得成功。

EOS的DanielLarimer，在2018年EOS伪随机数漏洞问题的回复中，也提出使用该算法来解决，但依然未能解决问题。

2018年基于以太坊的游戏Dice2win，也采用该算法，但依然被黑客通过伪随机数漏洞攻破。

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