作者：Onkar Singh，Cointelegraph；編譯：松雪，
一、隨機(jī)數(shù)在區(qū)塊鏈中的作用
隨機(jī)數(shù)（Nonce）是在區(qū)塊鏈挖礦過程中分配給一個(gè)區(qū)塊的特殊數(shù)字，它是工作證明（PoW）共識(shí)機(jī)制的重要組成部分。
作為一個(gè)密碼學(xué)難題，隨機(jī)數(shù)是礦工操縱的一個(gè)變量，用于生成滿足特定要求的哈希值。礦工不斷更改隨機(jī)數(shù)，直到找到一個(gè)具有必要屬性的哈希值，通常是一定數(shù)量的前導(dǎo)零。這個(gè)迭代過程被稱為挖礦，確保了區(qū)塊鏈的安全性。
正確的隨機(jī)數(shù)對(duì)于驗(yàn)證區(qū)塊的合法性至關(guān)重要，并在區(qū)塊創(chuàng)建中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過使對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改所需的計(jì)算工作變得極為龐大的隨機(jī)數(shù)防止了惡意行為者篡改數(shù)據(jù)的可能性。
挖礦過程由于確定正確隨機(jī)數(shù)所涉及的試錯(cuò)方法而變得更加復(fù)雜。如果礦工發(fā)現(xiàn)了正確的隨機(jī)數(shù)，區(qū)塊被認(rèn)為是合法的，這突顯了隨機(jī)數(shù)在維護(hù)區(qū)塊鏈的共識(shí)、安全性和完整性方面的關(guān)鍵作用。
二、隨機(jī)數(shù)在區(qū)塊鏈安全中的重要性
隨機(jī)數(shù)的多樣化功能使其對(duì)于支持區(qū)塊鏈安全極其重要。
它對(duì)于防止雙花至關(guān)重要，因?yàn)殡p花可能會(huì)危及加密貨幣的完整性。 區(qū)塊鏈要求礦工執(zhí)行計(jì)算要求較高的過程來發(fā)現(xiàn)特定的隨機(jī)數(shù)，從而減少了欺詐性操縱的可能性。 這確保了每筆交易都得到唯一確認(rèn)。
此外，通過對(duì)試圖接管大部分網(wǎng)絡(luò)的攻擊者施加計(jì)算成本，隨機(jī)數(shù)增強(qiáng)了對(duì)女巫攻擊的防御。 這種策略可以阻止惡意行為者向系統(tǒng)注入虛假身份。
另外，隨機(jī)數(shù)在維護(hù)區(qū)塊的不變性方面發(fā)揮著重要作用。 任何改變區(qū)塊內(nèi)容的努力都需要重新計(jì)算隨機(jī)數(shù)，這是一項(xiàng)不切實(shí)際的任務(wù)，但可以增強(qiáng)區(qū)塊鏈的完整性和抗篡改能力。
三、比特幣區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中如何使用隨機(jī)數(shù)？
礦工在試錯(cuò)過程中使用比特幣隨機(jī)數(shù)來查找特定的哈希值，滿足網(wǎng)絡(luò)的難度標(biāo)準(zhǔn)，從而驗(yàn)證并向區(qū)塊鏈添加新塊。
以下分步過程解釋了如何在比特幣挖掘中計(jì)算和使用隨機(jī)數(shù)：
區(qū)塊設(shè)置：礦工用待處理的交易組裝一個(gè)新區(qū)塊。
隨機(jī)數(shù)包含：將唯一的隨機(jī)數(shù)添加到塊頭中。
哈希嘗試：礦工使用 SHA-256 對(duì)區(qū)塊進(jìn)行哈希處理。
難度檢查：將哈希值與網(wǎng)絡(luò)的難度目標(biāo)進(jìn)行比較。
迭代過程：礦工調(diào)整隨機(jī)數(shù)，直到找到滿足難度的哈希值，驗(yàn)證該塊是否添加到區(qū)塊鏈中。
在比特幣區(qū)塊鏈中找到有效隨機(jī)數(shù)的難度會(huì)動(dòng)態(tài)調(diào)整，以保持穩(wěn)定的區(qū)塊創(chuàng)建率。 為了確保競相尋找有效區(qū)塊哈希的正確隨機(jī)數(shù)的礦工面臨與網(wǎng)絡(luò)哈希能力成比例的挑戰(zhàn)，這種自適應(yīng)難度會(huì)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力的變化。
難度隨著網(wǎng)絡(luò)能力的增加而增加，需要更多的處理能力來找到合適的隨機(jī)數(shù)。 另一方面，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的處理能力下降時(shí)，難度也會(huì)降低，使得區(qū)塊創(chuàng)建變得更加容易。
四、隨機(jī)數(shù)有哪些不同類型？
隨機(jī)數(shù)，無論是加密的、與哈希函數(shù)相關(guān)的還是編程的，都有不同的目的，旨在確保各種計(jì)算應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)完整性。
雖然這個(gè)概念在區(qū)塊鏈技術(shù)中被廣泛使用，但不同的應(yīng)用程序中存在各種類型的隨機(jī)數(shù)。 一種流行的類型是加密隨機(jī)數(shù)，它在安全協(xié)議中采用，通過為每個(gè)會(huì)話或事務(wù)生成唯一值來阻止重放攻擊。
另一種類型的隨機(jī)數(shù)包括加密哈希函數(shù)隨機(jī)數(shù)，它在哈希算法中用于更改輸入隨機(jī)數(shù)以更改輸出哈希。 在編程中，隨機(jī)數(shù)可以指為確保數(shù)據(jù)的唯一性或避免沖突而生成的值。
理解特定的背景和目標(biāo)至關(guān)重要，因?yàn)殡S機(jī)數(shù)有多種形式，每種形式都旨在滿足更廣泛的計(jì)算機(jī)科學(xué)和密碼學(xué)領(lǐng)域的特定安全或功能需求。
五、哈希值和隨機(jī)數(shù)有什么區(qū)別？
哈希就像數(shù)據(jù)的指紋，而隨機(jī)數(shù)是創(chuàng)建數(shù)字貨幣的安全難題中使用的特殊數(shù)字。
在區(qū)塊鏈的背景下，隨機(jī)數(shù)是礦工用來生成滿足特定要求的哈希值的變量，而哈希值是從輸入數(shù)據(jù)生成的固定大小的輸出。 下表列出了哈希值和隨機(jī)數(shù)之間的區(qū)別。
六、加密貨幣中與隨機(jī)數(shù)相關(guān)的攻擊以及如何預(yù)防它們
在密碼學(xué)領(lǐng)域，涉及隨機(jī)數(shù)的攻擊主要集中在利用隨機(jī)數(shù)創(chuàng)建或管理中的缺陷，特別是密碼協(xié)議中的缺陷。
一個(gè)值得注意的例子是“隨機(jī)數(shù)重用”攻擊，其中惡意方能夠在加密過程中重用隨機(jī)數(shù)，從而增加了安全屬性受到損害的可能性。 這對(duì)于依賴隨機(jī)數(shù)保持唯一性的系統(tǒng)（例如數(shù)字簽名和加密）尤其重要。
“可預(yù)測(cè)的隨機(jī)數(shù)”攻擊是另一種常見的攻擊，其中對(duì)手可以預(yù)測(cè)和操縱加密操作，因?yàn)殡S機(jī)數(shù)表現(xiàn)出可預(yù)測(cè)的模式。 此外，“過時(shí)的隨機(jī)數(shù)”攻擊包括使用過時(shí)的或以前有效的隨機(jī)數(shù)來欺騙系統(tǒng)。
密碼協(xié)議必須確保隨機(jī)數(shù)的唯一性和不可預(yù)測(cè)性，以防止與隨機(jī)數(shù)相關(guān)的攻擊。 正確實(shí)現(xiàn)隨機(jī)數(shù)生成至關(guān)重要，以確保隨機(jī)數(shù)具有較低的重復(fù)概率。 此外，協(xié)議還應(yīng)該包含識(shí)別和拒絕重復(fù)使用的隨機(jī)數(shù)的機(jī)制。 在非對(duì)稱加密中重復(fù)使用隨機(jī)數(shù)可能會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的影響，例如泄露密鑰或危及加密通信的隱私。
此外，不斷升級(jí)加密庫和協(xié)議，以及持續(xù)觀察隨機(jī)數(shù)使用的異常趨勢(shì)，有助于防御不斷變化的攻擊向量。 減少與隨機(jī)數(shù)相關(guān)的漏洞需要使用安全最佳實(shí)踐，例如定期評(píng)估加密實(shí)現(xiàn)和嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)化加密算法。
