Definition „VDF (Blockchain)“ Was ist eine Verifiable Delay Function?

Von Egoloizos

Eine Verifiable Delay Function, kurz VDF, ist eine spezielle Art von Algorithmus in der Kryptographie. Er soll sicherstellen, dass eine bestimmte Zeitdauer verstreicht, bevor des zur Berechnung eines Ergebnisses kommt. VDFs kommen häufig in Kryptowährungen und Blockchain-Anwendungen zum Einsatz.

Der VDF-Algorithmus lässt sich nicht beschleunigen, aber von extern nachvollziehen, so dass er als verifizierbar und sicher gilt.
Der VDF-Algorithmus lässt sich nicht beschleunigen, aber von extern nachvollziehen, so dass er als verifizierbar und sicher gilt.
(Bild: Erik Mclean / Unsplash)

Eine VDF besteht als Algorithmus aus mehreren Prozessen, die zusammenarbeiten, um eine festgelegte Zeitdauer (Verzögerung) zu erzwingen und das Ergebnis zu verifizieren. Die genauen Prozesse können je nach Art des VDF-Algorithmus variieren, aber im Allgemeinen umfassen sie die folgenden Schritte:

  • Eingabeaufnahme: Der VDF nimmt einen Eingabeauftrag und einen geheimen Schlüssel als Eingabe. Der Eingabeauftrag kann beispielsweise die Anforderung an die Generierung einer Zufallszahl sein.
  • Verzögerung: Der VDF führt dann einen komplexen und rechenintensiven Algorithmus aus, der die festgelegte Verzögerung erfordert. Der Algorithmus kann nicht beschleunigt werden, und die Verzögerung kann von einem externen Beobachter nachvollzogen werden.
  • Ergebniserzeugung: Sobald die Verzögerung abgeschlossen ist, gibt der VDF das Ergebnis, wie z.B. eine Zufallszahl, und eine Beweiskomponente aus.
  • Verifizierung: Der Beweis kann von jedermann verifiziert werden, um sicherzustellen, dass das Ergebnis tatsächlich von dem geheimen Schlüssel und dem Eingabeauftrag abhängt und dass die Verzögerung tatsächlich stattgefunden hat.
  • Wiederholbarkeit: Der VDF Algorithmus ist wiederholbar, es kann demnach mehrere Male auf dieselbe Eingabe angewendet werden und jedes Mal ein anderes Ergebnis erzeugen.

Verifiable Delay Functions und die Generierung von Zufallszahlen

VDFs generieren Zufallszahlen durch die Verwendung eines komplexen und rechenintensiven Algorithmus, der eine festgelegte (als „Verzögerung“ bezeichnete) Zeitdauer benötigt, um abzuschließen. Die Tatsache, dass der Algorithmus nicht beschleunigt werden, doch von einem externen Beobachter nachvollzogen werden kann, ist dabei ein Beitrag zur Verifizierbarkeit und Sicherheit.

Ein Beispiel für einen VDF-Algorithmus zur Generierung von Zufallszahlen ist das Verifiable Random Function (VRF). Ein VRF nimmt einen geheimen Schlüssel und einen Eingabeauftrag als Eingabe, und gibt eine Zufallszahl und eine Beweiskomponente als Ausgabe. Der Beweis kann von jedermann verifiziert werden, um sicherzustellen, dass die Zufallszahl tatsächlich von dem geheimen Schlüssel und dem Eingabeauftrag abhängt und dass die Verzögerung tatsächlich stattgefunden hat. Es gibt auch andere Arten von VDFs, die Zufallszahlen generieren können, wie zum Beispiel die Fiat-Shamir-Heuristic (FSH).

Im Allgemeinen erfordert die Generierung von Zufallszahlen durch VDFs eine hohe Rechenleistung, und es kann Zeit in Anspruch nehmen, bis eine Zufallszahl erzeugt wird, aber es ist ein sehr sicheres und verifizierbares Verfahren.

Verifiable Delay Functions in der Blockchain-Technologie

In der Blockchain-Technologie hat die Verifiable Delay Function einen hohen Stellenwert da sie dazu beiträgt, die Sicherheit von Prozessen zu gewährleisten, die für die ordnungsgemäße Funktionsweise von Blockchain-Systemen erforderlich sind. Einige Anwendungen von VDFs in der Blockchain-Technologie sind:

  • Zufallszahlen-Generierung: VDFs können verwendet werden, um sichere Zufallszahlen für die Vergabe von Blockbelohnungen oder die Auswahl von Knoten für die Erreichung von Konsens zu generieren.
  • Konsens-Algorithmen: VDFs können verwendet werden, um sicherzustellen, dass Konsens-Algorithmen wie Proof-of-Stake (PoS) fair und sicher sind, indem verhindert wird, dass Knoten ihre Rechenleistung beschleunigen, um einen größeren Einfluss auf die Konsensfindung zu haben.
  • Skalierbarkeit: VDFs können dazu beitragen, die Skalierbarkeit von Blockchain-Systemen zu verbessern, indem sie die Zeit, die zur Verarbeitung von Transaktionen erforderlich ist, verlängern. Dadurch wird die Anzahl der gleichzeitig verarbeiteten Transaktionen erhöht.
  • Abwehr von Angriffen: VDFs können dazu beitragen, die Sicherheit von Blockchain-Systemen zu erhöhen, indem sie Angriffe wie Sybil-Angriffe oder DoS-Angriffe erschweren.

Vorteile und Stärken des Einsatzes von VDFs in Blockchain-Anwendungen

VDFs bieten zahlreiche Vorteile für Blockchain-Anwendungen, insbesondere in Bezug auf Sicherheit, Fairness, Skalierbarkeit, Verifizierbarkeit und Anonymität. Sie tragen dazu bei, dass Blockchain-Systeme sicherer, zuverlässiger und vertrauenswürdiger werden.

  • Sicherheit: VDFs erhöhen die Sicherheit von Blockchain-Systemen, indem sie Angriffe auf Prozesse wie die Erzeugung von Zufallszahlen oder die Bestimmung von Konsens erschweren. Sie verhindern, dass Knoten ihre Rechenleistung beschleunigen, um einen größeren Einfluss auf die Konsensfindung zu haben.
  • Skalierbarkeit: VDFs können dazu beitragen, die Skalierbarkeit von Blockchain-Systemen zu verbessern, indem sie die Zeit, die zur Verarbeitung von Transaktionen erforderlich ist, verlängern, wodurch die Anzahl der gleichzeitig verarbeiteten Transaktionen erhöht werden kann.
  • Verifizierbarkeit: VDFs ermöglichen es, dass die Ergebnisse von Prozessen wie der Erzeugung von Zufallszahlen oder der Bestimmung von Konsens von jedermann verifiziert werden können. Dies trägt dazu bei, dass das Vertrauen in das Blockchain-System gestärkt wird.
  • Fairness: VDFs tragen dazu bei, dass Konsens-Algorithmen wie Proof-of-Stake (PoS) fair sind, indem sichergestellt wird, dass jeder Knoten die gleiche Chance hat, einen Block zu erzeugen oder eine Transaktion zu bestätigen.
  • Anonymität: VDFs können auch dazu beitragen, die Anonymität von Benutzern in Blockchain-Systemen zu schützen, indem sie es ermöglichen, dass die Ergebnisse von Prozessen wie der Erzeugung von Zufallszahlen oder der Bestimmung von Konsens nicht zurückverfolgt werden können.

Zusammenfassend sind VDFs ein wichtiger Bestandteil der Blockchain-Technologie, da sie dazu beitragen, die Sicherheit und Skalierbarkeit von Blockchain-Systemen zu verbessern und zuverlässige Prozesse zu gewährleisten.

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