Как VRF упрощает работу валидаторов в Proof‑of‑Fortune: один валидатор — один блок

В системе Proof‑of‑Fortune (PoF) для GoodLuckCoin реализован нетривиальный подход к финализации блоков: достаточно участия одного валидатора, чьё действие подтверждается Verifiable Random Function (VRF). Это радикально упрощает процесс по сравнению с классическими консенсусами (PoW, PoS), где требуется согласование множества узлов. Разберём, как это работает и почему безопасно.

Суть подхода: от кворума к единичному валидатору

В традиционных блокчейнах:

1. PoW — майнеры конкурируют за решение задачи;
2. PoS — требуется кворум валидаторов для подтверждения блока.

В PoF:

1. Один валидатор формирует блок;
2. VRF математически доказывает, что выбор валидатора и результат жеребьёвки — случайны и неподдельны;
3. Блок сразу считается валидным и отправляется в TON.

Ключевой тезис: VRF заменяет необходимость в кворуме — его криптографическая гарантия эквивалентна согласию множества узлов.

Как это работает: пошаговый процесс

1. Выбор валидатора через VRFСистема генерирует vrf_seed (например, из хэша последнего блока TON).Каждый валидатор вычисляет локально:candidate = VRF(private_key, vrf_seed).Валидатор, чей candidate попадает в заданный диапазон (например, топ‑1 по значению), получает право сформировать блок.
2. Система генерирует vrf_seed (например, из хэша последнего блока TON).
3. Каждый валидатор вычисляет локально:candidate = VRF(private_key, vrf_seed).
4. Валидатор, чей candidate попадает в заданный диапазон (например, топ‑1 по значению), получает право сформировать блок.
5. Формирование блокаВыбранный валидатор:собирает данные события (room_id, список участников);вычисляет vrf_output (результат жеребьёвки);заполняет заголовок блока (включая vrf_seed, vrf_output, merkle_root);подписывает блок своим приватным ключом.
6. собирает данные события (room_id, список участников);
7. вычисляет vrf_output (результат жеребьёвки);
8. заполняет заголовок блока (включая vrf_seed, vrf_output, merkle_root);
9. подписывает блок своим приватным ключом.
10. Автоматическая валидация через VRFЛюбой узел может проверить:Корректность VRF: VRF_verify(public_key, vrf_seed, vrf_output) == true.Соответствие vrf_output правилам отбора (selection_type).Целостность данных (через merkle_root).
11. Корректность VRF: VRF_verify(public_key, vrf_seed, vrf_output) == true.
12. Соответствие vrf_output правилам отбора (selection_type).
13. Целостность данных (через merkle_root).
14. Отправка в TONВалидный блок транслируется в сеть TON как транзакция смарт‑контракта PoF. После включения в блок TON данные становятся неизменяемыми.

Почему одного валидатора достаточно

1. Доказательная случайность VRFРезультат vrf_output невозможно предсказать или подменить без знания приватного ключа.Любой участник может перепроверить VRF по открытым данным (vrf_seed, публичный ключ, vrf_output).
2. Результат vrf_output невозможно предсказать или подменить без знания приватного ключа.
3. Любой участник может перепроверить VRF по открытым данным (vrf_seed, публичный ключ, vrf_output).
4. Криптографическая подписьПодпись валидатора подтверждает авторство и целостность блока.Подделка невозможна без приватного ключа.
5. Подпись валидатора подтверждает авторство и целостность блока.
6. Подделка невозможна без приватного ключа.
7. Связь с предыдущими блокамиПоле prev_pof_block_hash гарантирует, что новый блок продолжает цепочку.Изменение предыдущего блока сломает хэш текущей цепочки.
8. Поле prev_pof_block_hash гарантирует, что новый блок продолжает цепочку.
9. Изменение предыдущего блока сломает хэш текущей цепочки.
10. Прозрачность правилАлгоритм выбора валидатора и генерации vrf_output открыт и фиксирован.Нет «серых зон» для манипуляций.
11. Алгоритм выбора валидатора и генерации vrf_output открыт и фиксирован.
12. Нет «серых зон» для манипуляций.

Преимущества подхода

1. Скорость: блок создаётся за один проход (без ожидания кворума).
2. Низкие затраты: не требуется коммуникация между валидаторами.
3. Простота: узлы PoF лишь проверяют VRF, а не участвуют в консенсусе.
4. Децентрализация: любой валидатор с минимальным стейком GLC может быть выбран.
5. Масштабируемость: система обрабатывает сотни событий параллельно.

Примеры сценариев

1. ЛотереяВалидатор № 42 выбран через VRF.Он вычисляет vrf_output, определяющий победителей.Блок с результатами отправляется в TON — лотерея завершена за секунды.
2. Валидатор № 42 выбран через VRF.
3. Он вычисляет vrf_output, определяющий победителей.
4. Блок с результатами отправляется в TON — лотерея завершена за секунды.
5. Отбор спикеровVRF выбирает валидатора, который формирует список докладчиков.Результаты мгновенно доступны для проверки через VRF‑верификацию.
6. VRF выбирает валидатора, который формирует список докладчиков.
7. Результаты мгновенно доступны для проверки через VRF‑верификацию.
8. Формирование парОдин валидатор генерирует случайные пары для "быстрых свиданий«.Блок записывается в TON без задержек.
9. Один валидатор генерирует случайные пары для «быстрых свиданий».
10. Блок записывается в TON без задержек.

Ограничения и меры безопасности

1. Атака одного узла: если выбранный валидатор злонамерен, он может попытаться подделать блок.Решение: VRF‑проверка отвергнет некорректный vrf_output.
2. Задержка VRF: вычисление VRF требует ресурсов.Решение: оптимизация алгоритмов и кэширование промежуточных значений.
3. Зависимость от TON: если TON недоступен, запись блока задерживается.Решение: локальное хранение финализированных блоков до синхронизации с TON.

Сравнение с классическими консенсусами

КритерийPoF (с VRF)PoS (TON)PoW (BTC)Число валидаторов на блок1Кворум (⅔)Множество майнеровВремя финализацииМгновенно (после VRF)12—60 сек~10 минОснова валидацииVRF + подписьСтейк + голосованиеВычислительная мощностьЭнергопотреблениеНизкоеНизкоеВысокоеПрозрачность случайностиДа (VRF)НетНет

Вывод

Proof‑of‑Fortune демонстрирует, как криптографические примитивы (VRF) могут заменить сложные консенсусные протоколы. Благодаря VRF:

1. один валидатор способен безопасно создать блок;
2. верификация сводится к математической проверке, а не к согласованию узлов;
3. система сохраняет децентрализацию и скорость.

Это открывает путь к новым приложениям, где:

1. случайность — ключевой фактор (лотереи, жеребьёвки);
2. требуется мгновенная финализация;
3. важны низкие операционные издержки.

PoF показывает: будущее блокчейнов — в комбинации проверенных механизмов (TON) с инновационными криптографическими решениями (VRF).