金色百科 | 什么是区块链中的随机数

作者：Onkar Singh，Cointelegraph；编译：松雪，金色财经

一、随机数在区块链中的作用

随机数（Nonce）是在区块链挖矿过程中分配给一个区块的特殊数字，它是工作证明（PoW）共识机制的重要组成部分。

作为一个密码学难题，随机数是矿工操纵的一个变量，用于生成满足特定要求的哈希值。矿工不断更改随机数，直到找到一个具有必要属性的哈希值，通常是一定数量的前导零。这个迭代过程被称为挖矿，确保了区块链的安全性。

正确的随机数对于验证区块的合法性至关重要，并在区块创建中发挥着关键作用。通过使对数据进行篡改所需的计算工作变得极为庞大的随机数防止了恶意行为者篡改数据的可能性。

挖矿过程由于确定正确随机数所涉及的试错方法而变得更加复杂。如果矿工发现了正确的随机数，区块被认为是合法的，这突显了随机数在维护区块链的共识、安全性和完整性方面的关键作用。

二、随机数在区块链安全中的重要性

随机数的多样化功能使其对于支持区块链安全极其重要。

它对于防止双花至关重要，因为双花可能会危及加密货币的完整性。 区块链要求矿工执行计算要求较高的过程来发现特定的随机数，从而减少了欺诈性操纵的可能性。 这确保了每笔交易都得到唯一确认。

此外，通过对试图接管大部分网络的攻击者施加计算成本，随机数增强了对女巫攻击的防御。 这种策略可以阻止恶意行为者向系统注入虚假身份。

另外，随机数在维护区块的不变性方面发挥着重要作用。 任何改变区块内容的努力都需要重新计算随机数，这是一项不切实际的任务，但可以增强区块链的完整性和抗篡改能力。

三、比特币区块链网络中如何使用随机数？

矿工在试错过程中使用比特币随机数来查找特定的哈希值，满足网络的难度标准，从而验证并向区块链添加新块。

以下分步过程解释了如何在比特币挖掘中计算和使用随机数：

区块设置：矿工用待处理的交易组装一个新区块。

随机数包含：将唯一的随机数添加到块头中。

哈希尝试：矿工使用 SHA-256 对区块进行哈希处理。

难度检查：将哈希值与网络的难度目标进行比较。

迭代过程：矿工调整随机数，直到找到满足难度的哈希值，验证该块是否添加到区块链中。

在比特币区块链中找到有效随机数的难度会动态调整，以保持稳定的区块创建率。 为了确保竞相寻找有效区块哈希的正确随机数的矿工面临与网络哈希能力成比例的挑战，这种自适应难度会适应网络计算能力的变化。

难度随着网络能力的增加而增加，需要更多的处理能力来找到合适的随机数。 另一方面，当网络的处理能力下降时，难度也会降低，使得区块创建变得更加容易。

四、随机数有哪些不同类型？

随机数，无论是加密的、与哈希函数相关的还是编程的，都有不同的目的，旨在确保各种计算应用程序中的数据完整性。

虽然这个概念在区块链技术中被广泛使用，但不同的应用程序中存在各种类型的随机数。 一种流行的类型是加密随机数，它在安全协议中采用，通过为每个会话或事务生成唯一值来阻止重放攻击。

另一种类型的随机数包括加密哈希函数随机数，它在哈希算法中用于更改输入随机数以更改输出哈希。 在编程中，随机数可以指为确保数据的唯一性或避免冲突而生成的值。

理解特定的背景和目标至关重要，因为随机数有多种形式，每种形式都旨在满足更广泛的计算机科学和密码学领域的特定安全或功能需求。

五、哈希值和随机数有什么区别？

哈希就像数据的指纹，而随机数是创建数字货币的安全难题中使用的特殊数字。

在区块链的背景下，随机数是矿工用来生成满足特定要求的哈希值的变量，而哈希值是从输入数据生成的固定大小的输出。 下表列出了哈希值和随机数之间的区别。

六、加密货币中与随机数相关的攻击以及如何预防它们

在密码学领域，涉及随机数的攻击主要集中在利用随机数创建或管理中的缺陷，特别是密码协议中的缺陷。

一个值得注意的例子是“随机数重用”攻击，其中恶意方能够在加密过程中重用随机数，从而增加了安全属性受到损害的可能性。 这对于依赖随机数保持唯一性的系统（例如数字签名和加密）尤其重要。

“可预测的随机数”攻击是另一种常见的攻击，其中对手可以预测和操纵加密操作，因为随机数表现出可预测的模式。 此外，“过时的随机数”攻击包括使用过时的或以前有效的随机数来欺骗系统。

密码协议必须确保随机数的唯一性和不可预测性，以防止与随机数相关的攻击。 正确实现随机数生成至关重要，以确保随机数具有较低的重复概率。 此外，协议还应该包含识别和拒绝重复使用的随机数的机制。 在非对称加密中重复使用随机数可能会产生危险的影响，例如泄露密钥或危及加密通信的隐私。

此外，不断升级加密库和协议，以及持续观察随机数使用的异常趋势，有助于防御不断变化的攻击向量。 减少与随机数相关的漏洞需要使用安全最佳实践，例如定期评估加密实现和严格遵守标准化加密算法。