この記事では、ランダム性とは何かを紹介し、その種類を理解し、ブロックチェーンとWeb3エコシステムでのそれがもたらす課題を探究します。

「ランダム性」という用語は、パターンや予測不可能性を指します。コイントスの結果、指紋の模様、雪片の形はすべて予測できないと見なされます。予測不可能な結果は自然界に豊富ですが、同じことはコンピュータによって生成されるランダム性には言えません。コンピュータは決定論的なデバイスであるため、コンピュータアルゴリズムのセットだけでは本当にランダムな数値を生成することができないかもしれません。

さらに、個々のランダムなイベントは予測不可能とされていますが、繰り返し行われるイベントにおける異なる結果の頻度は予測可能です。たとえば、個々のサイコロの出目は予測不可能ですが、100回のサイコロを振った場合の結果の確率は高い確実性で計算できます。

経済、社会、文化の相互作用がインターネット上でますます行われるようになってきたため、自然界の不確実性を模倣し、予測不可能な結果を組み込んだデジタルシステムを作成する需要が過去数十年間で増加しています。この予測不可能性のユースケースには、人工的な希少性の導入、より堅牢なセキュリティメカニズムの構築、信頼性のある中立的な意思決定プロセスの促進が含まれています。

この記事では、ランダム性とは何か、ランダム性の種類について学び、そしてランダム性が関連する課題を探っていきます。ブロックチェーンそしてWeb3エコシステム。

ランダムネスは本当にランダムですか？

まず、シーケンスをランダムにする一連の原則を定義する必要があります。シーケンスがランダムとして識別されるためには、次の性質を備えている必要があります。

• 予測不能—結果は事前にはわからないはずです。
• Unbiased—Each outcome must be equally possible.
• Provable—The result must be independently verifiable.
• Tamper-proof—The process of generating randomness must be resistant to manipulation by any entity.
• 再現性なし—ランダム性を生成するプロセスは、元のシーケンスが保存されていない限り再現できません。

コンピュータは、事前に設定された回路、コンポーネント、およびコードとアルゴリズムの一連を持つ予測可能なデバイスであり、固定された条件下でコンピュータによって生成されるランダムな数値の出力またはシーケンスを予測することが可能です。機能する電卓が常に2+2の出力を4にするべきであるように、コンピュータは同じ入力が与えられた場合に常に特定の出力を生成するはずです。そのため、コンピュータは偶発的な条件や真のランダムな数値を生成できない可能性があります。

この制限を回避するために、ランダムナンバージェネレータ（RNG）はシードを使用します。これは出力を生成するために使用される計算の開始値（入力）です。シードは、再現が複雑なものに基づいて生成することができます。写真から取得したデータ、日時、ユーザーのマウスの動きなど。ランプ.

しかし、乱数生成プロセスが再現困難であるとしても、それを再現することが技術的に不可能であるというわけではありません。複数の再現困難なシード生成方法が組み合わされると、その結果は比較的信頼性があると見なすことができます。これらのシードが時間の経過とともに最終的に明らかになる可能性は合理的な仮定であるとしてもです。しかし、異なるシードを生成する際に同じ数学的方法が使用されると、その結果は真にランダムではありません。その場合、問題は次のようになります: どのようなランダム性が真にランダムと見なされるべきか？

疑似乱数生成器 vs. 真の乱数生成器

一般的に、ランダムナンバージェネレーターは疑似ランダムナンバージェネレーター（PRNGs）と真のランダムナンバージェネレーター（TRNGs）の2つのカテゴリに分類できます。 PRNGsはランダムな値を生成する手段として数学的アルゴリズムを使用しますが、TRNGsは大気雑音などの物理的手段を使用します。

PRNGsは、真のランダムな数値を模倣するランダムなシーケンスを生成するために数学的な式を使用するアルゴリズムのセットです。コンピュータは独自のシステムであるため、数値は人間の観察者にとってランダムに見えるかもしれませんが、広範な統計分析を通じて明らかになる区別可能なパターンを含んでいる可能性があります。

TRNGsは、宇宙のノイズ、同位体の放射性崩壊、または空気中の静電気などの予測不可能な物理的情報源を利用して、自然発生的な現象に基づいて乱数を生成します。TRNGsは物理的な現象からランダム性を“抽出”するため、コンピュータよりも強力な（予測不可能な）ランダム性を生成すると考えられています。それにもかかわらず、TRNGsが使用する情報も決定論的である可能性があります。誰かがTRNGとそのスキャン対象の間に自分自身を挿入した場合、同じ信号を拾い、数字のシーケンスを正確に知ることができます。

TRNGが識別可能なパターンを含む可能性が低いランダムシーケンスを生成できる一方、PRNGよりもコストがかかるため、一般的な用途には実用的ではありません。PRNGにはもう1つの重要な利点があります。TRNGと比較して再現性です。観察者は、シーケンスの開始点を知っていれば、同じ数列を再現できるため、ランダム数生成プロセスの検証が可能になります。Web3ランダム性を取り入れたアプリケーション。

なぜランダム性がブロックチェーンにとって重要なのか

ブロックチェーンで使用される暗号化の基盤には、安全な乱数が必要です。暗号ハッシュ関数は、暗号通貨ウォレットの秘密鍵を生成する際に不可解になるようにします。Bitcoinプロトコルで使用されているSHA-256の可能な秘密鍵の組み合わせの数は、観測可能な宇宙の原子の推定数に近いとされています。

分散コンセンサスは、時間内に送信できるメッセージの数（スループット）とネットワーク全体を介してメッセージを送信するのにかかる時間（レイテンシ）に基づいて、基本的に制約されています。合意に達する必要がある数千の分散参加者がいる公共のブロックチェーンでは、すべてのノードがすべての他のノードにメッセージを送信する必要はありません。合意を達成するために送信する必要があるメッセージの数を制限するために、ビットコインはランダム性のソースとしてProof of Work（PoW）を使用して、どのブロックがブロックチェーンに追加されるかを決定します。マイナーがブロックチェーンにブロックを追加するために競争して完了させる計算パズルが難しいため、同時に複数のノードがパズルを解く確率は低くなり、ネットワークが合意に達するために必要なメッセージの数が制限されます。

ランダム性は、しばしば、証明-of-Stake（PoS）システムで、検証者の責任を公正かつ予測不能に分散させるために一般的に使用されます。悪意のある行為者が選択プロセスで使用されるランダム性のソースに影響を与えることができれば、選択される可能性を高め、ネットワークのセキュリティを compromise することができます。

ブロックチェーンの透明性のため、すべての入力と出力がシステム参加者に公開されるため、ランダムに生成されたシーケンスが予測可能になる可能性があります。たとえば、ブロックハッシュなどのオンチェーンランダムナンバー生成の一部の方法には、簡単に悪用可能なセキュリティ上の脆弱性が含まれています。マイナー/バリデーターがランダム値やシーケンスによって決定された特定の結果に興味を持っている場合、ブロックプロデューサーは、不利になるブロックを公開しないことでランダムシーケンスの生成に影響を与えることができ、結局、有利な結果が現れるまでサイコロを振り直すことができます。

一方、オフチェーンのRNGソリューションは透明性がなく、集中型データプロバイダーが結果を操作しないことを信頼する必要があります。ユーザーは真のランダム性と操作されたランダム性の違いを見分ける方法がないため、両方のソリューションはRNGソリューションによって保護される価値の量が増加するにつれてますます懸念されるようになります。

Web3におけるランダム性

When people think of blockchain gaming, NFTプロジェクト、またはデジタルアートにおいて、結果を決定する際のランダム性の重要性を考慮に入れないかもしれません。ゲーム内アセットの位置を決定するかどうか、それはランダムに決まります。メタバースジェネレーティブアートアルゴリズムに変化を加え、ルートボックスのコンテンツを生成し、NFTを作成し、賞品を受賞者に配布し、イベントチケットを認証し、あるいは特定のガバナンス役割に選ばれるDAO参加者を定期的に決定するためには、Web3アプリケーションは公正かつ予測不可能な結果を作成するための安全なランダムソースが必要です。

https://youtu.be/DvBVlOLpPNg

これらのシステムは実世界の価値を相当な量に集積することができるため、最適でないランダム性の解決策からの利用可能な結果は、情報の非対称性や一部の参加者に不公平な利点につながる可能性があります。これらのシナリオでは、しばしば負のフィードバックループが生じ、相互作用における力の不均衡をもたらし、経済活動や社会の調整を促進するために設計された経済活動やゲーム理論のメカニズムが完全に失敗する可能性があります。

すべての参加者によって改ざんのできない、予測不可能で監査可能なランダム性のソースにアクセスすることは簡単なことではありません。しかし、Web3業界における公正性と透明性への欲求は、Web2と比較して際立つ多くのアプリケーションやプロトコルを解き放ちました。検証可能に安全な方法で公正かつ偏りのないランダム性にアクセスできる能力は、ブロックチェーンゲーム、NFTなどで新たな用途を開拓します。分散型ガバナンス, Web3ソーシャルメディア、資金調達と慈善活動、ソーシャルトークン、そしてそれ以上。

Chainlink VRF

Chainlink検証可能なランダム関数（VRF）は、業界標準のRNGソリューションであり、スマートコントラクトやオフチェーンシステムが、オフチェーンの計算と暗号技術を使用して検証可能なランダム性のソースにアクセスすることを可能にします。VRFは、リクエストが行われた時点でまだ未知であるブロックデータと、オラクルノードの事前にコミットされた秘密鍵を組み合わせて、ランダムな数値と暗号証明を生成します。消費アプリケーションは、有効な暗号証明がある場合にのみランダムな数値入力を受け入れます。また、暗号証明は、VRFプロセスが改ざんできない場合にのみ生成できます。

Chainlink VRFは、オフチェーンの計算と暗号技術を使用して、改ざん防止のランダム性ソースを作成します。

ローンチ以来、Chainlink VRFは6.5百万以上のリクエストを満たし、現在、3,400以上のユニークな場所に検証可能なランダム性を提供していますスマートコントラクト複数のブロックチェーンネットワークを横断し、Avalanche、BNB Chain、Ethereum、およびPolygonを含む。

Chainlink VRFは、業界標準として位置付けるためのいくつかの重要な機能を提供しています。

• 予測不可能—誰もがChainlink VRFによって生成されるランダムネスを予測することはできません。なぜなら、ブロックデータはランダムネスリクエスト時には未知だからです。
• 公正/公平—生成された乱数は一様分布に基づいており、範囲内のすべての数が選択される可能性が均等です。
• 検証可能—Chainlink VRF からのランダム入力に依存したアプリケーションの整合性を、暗号証明のオンチェーン検証によってユーザーは検証できます。
• 改ざん防止—オラクル、外部エンティティ、開発チームの誰もが乱数生成プロセスを改ざんすることはできません。VRFプロセスに干渉された場合、ノードは有効な暗号証明を生成できず、スマートコントラクトは乱数入力を受け入れません。
• 透明性—オープンソースのコードのおかげで、ユーザーはランダム性の提供プロセスを検証することができます。

これらの比類のない機能、多数の組み込みセキュリティテクニックを活用して、継続的な強化ユーザーフィードバックに基づき、Chainlink VRFによって動作するアプリケーションは、改ざんできないRNGを介して証明可能に公正で予測不可能な結果を生み出し、意義のある興奮を呼ぶ機能と体験を解き放つことができます。

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