Filecoin特性：分布式随机和领袖选举

这是我们系列中的最新一期，重点介绍Filecoin网络的独特功能。Filecoin将成为生产drand网络的第一个知名用户。这篇文章深入探讨了什么是drand及其工作原理。

本月，由致力于提供可公开验证的，无偏见的随机性来源作为组织的基础互联网服务的组织联盟，将升级为生产级服务，该服务将用作Filecoin的链下随机性来源。未来，Drand可以为许多区块链系统和应用程序提供可靠且公正的随机性来源。这篇文章探讨了drand的历史和价值，以及它对互联网未来的意义。

随机系统产生的结果具有均匀的概率分布，并且彼此随机独立。我们在每次掷骰子和掷硬币时都会遇到随机性：当您掷出公平的硬币时，正面和反面的概率都相等或一致（均匀分布），并且您不能根据过去的结果来预测任何单个抛硬币的结果（随机独立性）。

但是，随机性不仅可以用于确定抛硬币和掷骰子的统计数据。实际上，从加密技术和网络安全到选举审核和在线赌博，我们都依赖随机性。

那是因为随机性可以使某些数字过程具有抗操纵性。仅举一个例子，任何密码安全系统只有在其使用的密码密钥难以置信的情况下才能够抵御欺诈和黑客攻击。而且，只有用于生成密钥的源值是适当随机的，才难以猜出密钥。换句话说，安全加密的基础是随机性。

但是，并非所有随机性都是平等的。例如，当生成一个介于1到10之间的随机整数时，您应该有十分之一的机会正确猜出它。但是，如果您的随机性产生器表现出偏差或模式，则正确猜测整数的几率可能会超过十分之一。换句话说，一个关键问题是使用“可预测”生成器。可预测的随机性再次为欺诈和黑客行为打开了大门。我们不仅需要随机性，还需要随机性。我们需要良好的随机性。良好的随机性比您想象的要难。

随机性的质量是由其不可预测性来衡量的，这种不可预测性是一种称为“熵”的随机性。由于计算机是确定性系统，因此从算法上讲不可能使用计算机算法来创建真正的高熵随机性。但是，即使物理随机性是由单一来源产生的，也很容易产生偏差。如果您可以控制，操纵或以其他方式影响随机性的来源，那么您可以偏向于明显的随机结果，从而对您有利，因为最近一次备受瞩目的彩票欺诈案件清楚地表明了这一点。对于许多随机性的用例，例如选举审核和加密，您还需要随机性才能公开验证。随机性生成器的效果仅好于它传达给用户的方式。如果您无法验证所收到的电话号码实际上是随机的，则您的系统可以受到攻击和操纵。

很难找到良好的随机性，即高熵，抗偏性和可公开验证。多年来，没有任何服务可以大规模产生这种随机性。但是出现了一个新的项目，可以完成任务。它称为drand（分布式随机性的缩写），它是Filecoin用作其随机性源的东西。

Drand就是所谓的随机信标，这是一项提供可公开访问的随机性以供第三方使用的服务。尽管随机信标存在了一段时间，但drand的独特之处在于它通过结合独立运行的服务器网络的贡献来生成随机性。这意味着drand将分布式网络的强度，安全性和弹性纳入随机性生成过程中。在许多方面，这使得drand成为了随机即服务的行业第一。

Drand的开放源代码软件在全球联盟（熵联盟）上运行，该联盟由协议组织，C4DT，ChainSafe，cLabs，Cloudflare，Emerald Onion，EPFL DEDIS，以太坊基金会， IC3，Kudelski Security，PTisp，智利大学，Tierion和UCL。因为drand网络分布在多个服务器节点上，所以没有故障的中心点，这意味着drand不会因单个内部人员或单个网络伙伴的妥协而受到偏见和制止。而且，作为一个开源项目，drand受到其用户的直接支持，从而确保该协议始终是一个充满活力，不断发展的项目，能够适应其社区的需求。

drand的主要功能是生成可供所有人使用的公开可用随机性。为了可靠地执行此功能，drand网络中的所有节点共同协作以规则的间隔（称为“回合”）生成随机性。在每一轮随机性生成中，drand为随机性提供了三个不同的属性：不可预测性，不可偏性和可验证性。

这意味着每一轮随机数生成：

（1）都不能由参与随机数生成过程的任何一方预测；

（2）一致随机且无偏见；

（3）可以通过验证单个签名来验证为真正随机。

Drand提供了迄今为止最可靠的，高熵的公共随机性。这就是为什么我们使用Filecoin网络中drand生成的随机性的原因。

许多加密货币和基于区块链的网络需要良好的随机性才能安全有效地运行。Filecoin也不例外。Filecoin依靠良好的随机性值来维持“活跃度”，即所有客户对Filecoin区块链的正确历史的共识。那是因为Filecoin使用随机性来执行领导者选举，以确定哪个矿工将向区块链发布新区块。

领导人选举是Filecoin区块链增长的方式。Filecoin区块链中的块按时代排列，每个时代都有多个潜在的当选领导人。在领导者选举中，从一组矿工中至少选择一个矿工，这些矿工根据这些矿工为Filecoin网络贡献的存储能力加权。选择当选的矿工，通过在区块链上生成下一个区块并获得该区块的奖励来开始一个新纪元。

领导人选举记录了Filecoin区块链的历史，因此重要的是，选举领导人的过程不可篡改，公正，不可预测且公正。为了确保这次选举公平公正，Filecoin需要良好的随机性。同时，Filecoin需要它所使用的随机性可以公开验证，因为当选的领导人需要某种方式向其他矿工证明他们实际上是当选的。

Drand精确地提供了Filecoin所需的高熵，无偏见和可公开验证的随机性值，以保证其领导人选举的公平性和安全性。其独特的功能可确保Filecoin的领导人选举具有与drand一样的容错能力，并且不受偏见和对抗操纵的影响。使用drand作为随机值的来源，Filecoin网络可以保证活动性。

Drand是一个快速发展的项目，具有足够的增长空间。随着drand的发展，我们可能会看到以新的方式扩展网络，以满足不断增长的行业需求并适应新技术，例如密码学和量子计算的进步。但是drand已经是一项前沿服务，可以为包括Filecoin网络在内的许多数字项目做出重要贡献。

要了解有关drand的更多信息，请在8月13日星期四由Protocol Labs和ETHGlobal主办，Randomness Summit上加入我们。RandomnessSummit是为期一天的虚拟会议，主题是分布式系统和关键基础设施爱好者，讨论随机信标的研究和部署状态。完整的时间表可以在这里查看。