XCH:Chia VDF 算法原理剖析

随着爆火产品Chia的出现，挖矿行业又有了更新颖亲民的玩法，即低门槛的硬盘挖矿方式，这种挖矿方式让越来越多的普通人能够参与到挖矿中来，一起感受区块链行业的热潮。

根据Chia的白皮书介绍，Chia采用的共识机制是空间证明和时间证明(POT,ProofOfTime)。POS主要用来证明用户的确有未使用空间可以用来存储，而POT则用来保证整个系统的安全性，其主要算法是VDF可验证延迟函数，VDF得出的运算结果必须经历一定的时间，并且可以由网络中的任何节点快速认证，增加POS获得出块权的概率。

Verifiable：即经过一定次数的计算后，prover可以快速生成一个小的proof来证明计算有效性，verifier不用重复执行计算就可以得知计算的正确性；

Delay：即prover只有执行正确次数的计算后，才能得到正确的结果，不会出现没达到指定次数前，就得到正确结果的情况；

Chiliz CEO：大多数头像类NFT项目基本上都是从零开始:金色财经联合Coinlive现场报道，“Token 2049”峰会活动今日在新加坡举办，在题为“新兴社会经济:数字化社区和个人”的圆桌讨论中，Chiliz CEO Alexandre Dreyfus认为，大多数头像类NFT项目基本上都是从零开始，?与现实生活中处于Web3领域的传统品牌相比，与有超过100年历史的品牌或IP合作。?因此，监管对NFT衍生品业务很重要，因为我们不能损害品牌的声誉。

Napster首席执行官Jon Vlassopulos表示，与体育领域相比，NFT在音乐领域有许多有趣的IP用途，我们欢迎艺术家与社区一起创造新的东西。流媒体、商品、元宇宙的虚拟现实以及Web3，音乐空间对IP的使用更为宽松。歌迷和会员与艺术家一起参与创造内容，与此同时，艺术家也与他们建立联系。?

SO-COL的联合创始人Irene Zhao表示，从创作者的角度来看，如果使用AI技术将IP交给粉丝，NFT持有者可以使用这种基础模式来创造不同的内容。这可以帮助接触到更多的观众，发展更大的社区。?这都是可以创造有吸引力和有趣的内容。[2022/9/29 22:39:19]

Function：即结果是确定性的，输入x，就会得到y。

Chia全网有效算力35.89EiB 挖矿产出1,886,910枚:金色财经报道，据chiaexplorer数据显示，2021年10月3日，Chia当前全网有效算力为35.89EiB，目前XCH总量22,886,910枚，挖矿产出1,886,910枚。当前每天每TiB算力可产出0.0002个XCH，1TiB算力挖出1枚XCH需要花费约11年68天。行情显示，当前XCH报价为164.24美元，日内跌幅2.22%。[2021/10/3 17:21:47]

BW.io将于5月14日上线XCH（Chia Network）:据悉, BW将于5月14日香港时间17：00上线XCH，开放XCH/ USDT交易对。

Chia是一个区块链和智能交易平台，其正在使用新的区块链共识算法，被称为“时空证明”。Chialisp是Chia的新型智能交易编程语言。当前可用的参考智能交易包括：原子掉期，授权收款人，可恢复钱包，多重签名钱包和限价钱包。

BW将于今日14：00开启FESS交易大赛, 参与即可赢取7,000,000FESS。活动详情请查看BW.io官方公告。[2021/5/14 22:02:33]

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VDF的计算

基于Chia的设计模式，如果某个节点的VDF计算速度高于其他节点，有可能会发起某种安全攻击。因此，为了避免这一威胁，Chia希望节点中运行的VDF算法是最高效的，所以基本没有什么优化空间。为此，Chia还举办了两次VDF效率竞赛，以高额的奖励来吸引业内精英参与到本次活动中来，广泛汲取大家的智慧，来获取效率最高的VDF。

Peter Schiff希望加密货币社区向其儿子赠送一些BTC作为生日礼物:黄金支持者、比特币反对人士Peter Schiff表示，希望加密货币社区向其儿子赠送一些BTC，作为其18岁的生日礼物。截止发文，Peter Schiff贴出的其儿子的比特币地址余额为0.0627 BTC。（Cointelegraph）[2020/8/28]

如上图所示，Chia里用到的VDF算法其实很简单，就是对一个数x进行连续的T次平方计算，x是一个未知阶的群组的元素。为什么是未知阶的群组，其中缘由也很简单：

如果群组的阶为d，那么根据群组的性质：x2^T=x(2^T)%d

就会存在未达到指定次数T，就得到正确结果，这与Chia的设计不一致；因此，群组的阶是无法被知道的；生成未知阶的群组的方式有两种：

基于RSA的群；

虚二次域类群；

当选择基于RSA的方式时，群的阶N=pq，其中p、q都是很大的素数且不可公开，因此，计算这种群的阶的难度就和分解大数N一样困难。所以被认为是安全的，但是，这种方式需要可信设置，即p、q由可信第三方生成，或许也可以用MPC的方式，但是总之，它需要可信设置；

而基于虚二次域的类群可以消除可信设置，因为一个满足|d|=3mod4关系的负大素数生成的类群，计算其阶是困难的，由于这个大素数可以公开，因此这种方式可以很容易的生成无须可信设置的未知阶的群。

了解了背后的数学概念，下面让我们再看一下，基于虚二次域类群的元素的平方应该如何计算，如下图所示：

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NUDUPL算法为目前为止，计算虚二次域平方的最有效的方法，这也是在两次VDF算法竞赛中，参赛者们选用最多的方法。图2、图3展示了算法的两个主要分支，其中m=(a,b,c)、M=(A,B,C)都是群中元素的表示形式。

VDF的证明

由图1可知，prover除了需要做T次计算外，还需要生成一个证明，来证明计算的正确性，关于VDF的正确性论证，这篇论文中给出了两个经典的方法，Chia采用的是Wesolowski的论证方法，此方法的过程如下图所示：

算法本身简单，且好理解。和论文中的Pietrzak算法相比，该算法生成证明更小，验证proof更快。

结语

经过一段时间的研究和测试，Chia目前采用的VDF算法确实相当高效，从算法上，已经寻找不出可以大幅优化的点。“软的不行就来硬的”，这也是为什么我们仍然坚持把Chia的VDF算法研究的很深入的一个原因，目前已经着手硬件优化设计。从理论上讲，具有更高效率的VDF计算，可以获得更高的挖矿效率，这也是我们的目标。

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