1. Why VRF？
- 场景
在区块链场景中，有的框架会用算法随机产生出块节点与验证节点（如Algorand），甚至解决分叉。按传统的随机算法，按一定的哈希规则随机轮询，选出一个节点来记账/验证。如果这个随机轮询的规则是谁都可以复现的，那么可以推测出将来的某个记账/验证节点，集中攻击它。
为了解决这个问题，就引入了VRF，只有自己能够完成这个哈希过程，而别人只能在他声明之后验证这个过程，防止有人可以提前推测出将来的记账节点。 - POS中的权益研磨（Grinding）
（以下来源于以太坊Github上的《Proof of Stake FAQ》）
在任何基于区块链的权益证明算法中，都需要某种机制，来随机从当前活跃验证者集合中选择能够产生下一个区块的验证者。举个例子，如果当前活跃的验证者集合由持有40以太币的Alice，持有30以太币的Bob，持有20以太币的Charlie与持有10以太币的David组成，那么你想让Alice成为下一个区块的创建者的概率为40%，而Bob的概率为30%等（在实践中，不仅要随机选择一个验证者，而是要（随机产生）一个无限验证者序列，只有这样如果Alice不在线的时候，就可以有其他人在过段时间替代她，但是这并没有改变问题的本质）。在非基于区块链的算法中，出于不同的原因也经常需要考虑随机性。
（以下来源Ouroboros白皮书《Ouroboros: A Provably Secure Proof-of-Stake Blockchain Protocol》）
基于PoS的区块链协议最基本的一个问题就是模拟领导者选举过程。为了在股东们之间的选举达到一个真正的随机性，系统中就必须要引入熵(entropy)，但引入熵的机制可能会容易被敌手操作。例如，一个控制一群股东的敌手可能会试图模拟协议的执行，尝试不同的股东参与者的顺序以此来找到对敌对股东有力的继续者。这会导致一个叫做"grinding"的致命弱点，敌对参与者可能会使用计算资源来倾斜领导者选举。 - VRF的目的
VRF的目的就是要生成随机值，且无法被预测，同时还要可验证，可重放。
2. VRF是什么?
VRF是可验证随机函数(verifiable random function)，一方面具有伪随机性，另一方面它还具有可验证性(输出包括一个非交互零知识证明)
3. VRF具体的操作流程？
- 证明者生成一对密钥，PK、SK；
- 证明者计算result = VRF_Hash（SK，info），proof = VRF_Proof（SK，info）；
- 证明者把result，proof，PK递交给验证者；
- 验证者计算result = VRF_P2H（proof)，True/False = VRF_Verify(PK, info, proof)
4. 抽签有没有必要用VRF？
- 在密码学签名算法中，大都会引入随机性，也就是对相同信息的多次签名会得到不同的签名值，因此矿工可以不断对相同的输入SK和block，计算签名，以满足结果小于D。那么理论上任何人都会成为出块者，只要计算足够多次的签名。
- 有些非对称加密方式得到的随机数不是均匀分布的，如RSA
- 缺乏零知识，不管使用确定性签名还是随机性签名，都存在个安全隐患。就是一旦将自己的出块凭证公布，任何人都可以公开验证，包括攻击者。那么攻击者可以对出块节点进行攻击，使其不能出块。使用VRFs的方式，矿工只需要公布自己的R表明自己的出块权，当出完块的时候再公布P，那么攻击者就无法在出块之前知道谁具有出块权，因此也就无法实施针对性的攻击。
5. 应用
- 本体-VBFT共识算法：
- Algorand中：
- Dfinity中：
交保证金提高门槛，并降低参与节点的数量，然后选打包者，选完打包者选公证人，对区块权重进行排序，选出区块。 - Cardano的共识机制-Ouroboros Praos：
在根据Random seed选举slot leader时，通过VRF确保slot leader不被事先计算出来被攻击。
- IOST的高效分布式分配片
使用了VRF来进行领头节点的选举，通过VRF得到随机数之后，会将结果进行广播，然后其他节点会进行统计，得到随机数值最小的作为分片领头节点。是一种交互式的选举方式。 - Key Transparency
密钥管理系统，使消息传递在不相信服务端的情况下做到点对点的安全上的提升。 - DNSSEC
DNS服务的安全性。