作者 | 複雜美區塊鏈
出品 | 區塊鏈大本營（blockchain_camp）
經過2018一整年的發展，區塊鏈的應用落地普遍增加，在公鏈領域中備受矚目的鏈上應用DAPP開發也隨著EOS主網的開源而白熱化。
根據DappReview平臺統計，EOS 2019年第一季度的DAPP交易額達$1.72B，活躍用戶達274.93K，交易筆數達282.99M。
可伴隨著這漂亮數據而來的卻是EOS Dapp智能合約漏洞問題，其中大部分成功攻擊的原因都和隨機數漏洞有關，那如何優化這個問題呢？
在複雜美開源的Chain33區塊鏈底層架構中，有一個共識模塊叫作SPOS（save pos），它通過Ticket實現POS的挖礦邏輯。
在這篇文章中，我將詳細講解SPOS模塊的實現原理，以及其解決隨機數漏洞的方式。
在Chain33的公鏈案例比特元中，用戶使用錢包賬戶中BTY餘額購票（挖礦權，目前10000個BTY可購買一票），一票對應一個唯一的TicketID，同時擁有一份挖礦權；一個區塊只能由一票挖出，實際的挖礦幾率各票均分（如全網有N張票，則一張票挖到礦的幾率為1/N）。
Ticket挖礦流程如下所示：
- 錢包：定期檢查賬戶中的BTY餘額來購買票, 當滿足購票條件後構造一條買票交易發往區塊鏈。
- 共識：它會一直嘗試使用本地持有的票去打包區塊，一旦打包成功，是表示對應的Ticket持有人挖礦成功，並獲得對應的區塊獎勵。
- 智能合約：智能合約會把地址對應的票信息寫入到區塊鏈數據庫，每一張Ticket都對應有一個唯一的TicketID，也會有一條數據記錄在數據庫。
在區塊鏈上為了體現公平性（針對遊戲等應用場景），就需要一個不能被預測的隨機數。
目前的區塊鏈大體有如下實現方案：
1. 合約中調用外部中心化的隨機數發生器獲取隨機數；
2. 使用區塊hash中的某些值作為隨機數。
但是這兩種方案都有非常明顯的弊端，原因在於：
1. 區塊鏈多節點之間智能合約執行結果是要求強一致的，如果合約從外部讀取數據，是很有可能獲取到不同結果的（比如網絡原因導致有的節點讀取正常，有的返回錯誤）進而導致分叉。
2. 區塊的哈希可以被控制，導致隨機數被控制。比如EOS，沒有提供很好的隨機數算法，所以很多Dapp開發者會自己封裝自認為完美的隨機數算法導致隨機數被預知。
例如以下兩個例子：
- Eosbet第一次隨機數攻擊：這個遊戲在開獎時使用了EOS中一個名為ref_block_num的隨機數因子，但是在遊戲開獎時合約中還是讀取了老區塊中的值，導致隨機數被預知，進而被攻擊。
- Eosbet第二次隨機數攻擊：在修改了上一次的問題後，開發者再引入了一個新的參數：用戶餘額作為隨機數因子。然而攻擊者利用這一點，模擬完全一樣的DApp代碼，然後不停修改餘額去嘗試開獎邏輯，直到碰撞出開獎結果，進而又遭到攻擊。
還有其它很多EOS上的遊戲遭受了類似手段的攻擊，造成大量的損失。
下面，我們就來著重講講如何實現在隨機數上的優化。
首先，用戶使用錢包賬戶中的BTY購買票（Ticket），10000BTY對應一票。錢包同時生成一個randNum，哈希過後再結合錢包挖礦地址的私鑰，票對應的index（一次可以買多張票）等元素再做兩次哈希，得到一個公開哈希參數（pubHash）：
pubHash =
hash(hash(privateKey:index:hash(randNum)))
然後，新購買的票中包含這個pubHash以及randNum並存入區塊鏈，這張票有12小時的成熟期，過了12小時才可以參與挖礦。
接著共識算法從區塊鏈中找到已經成熟的票（Ticket）開始打包，由於共識打包區塊操作只在節點本地執行，所以它可以讀取本地存儲的私鑰，算出一個私密哈希（privHash）並將這個參數放入到挖礦交易中：
privHash =
hash(privateKey:index:hash(randNum))
最後，智能合約收到挖礦交易，對比hash(privHash)和pubHash的值，兩者一致挖礦交易成功，對應的節點獲得挖礦獎勵。否則挖礦交易執行失敗。
最後總結一下，SPOS共識的實現結合了隨機數，由於一般情況下是無法預測其它節點的共識信息，所以也無法獲取到它的共識隨機數。
並且系統設定私密哈希（privHash）不能提前洩露，就算有惡意礦工自己提前暴露，它對應的票也會被作廢，同時本金會被凍結較長時間（2天以上）。
再加上系統設定票需要經過12小時的成熟期後才可以參與挖礦。這些條件組合起來，系統的隨機數幾乎是無法被操控的 。這樣當開發者實現的DApp中需要保證公平隨機時，就可以直接使用系統提供的這個安全的隨機數了。
複雜美區塊鏈（www.33.cn)成立於2008年，累計申請200多項區塊鏈發明專利，全球排名前10。擁有自主研發的區塊鏈底層架構Chain33，從2018年11月開源至今，其首創的平行鏈架構被百度、阿里、360等機構認可與研究，並登錄微軟azure市場。
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