作者 | 复杂美区块链
出品 | 区块链大本营（blockchain_camp）
经过2018一整年的发展，区块链的应用落地普遍增加，在公链领域中备受瞩目的链上应用DAPP开发也随着EOS主网的开源而白热化。
根据DappReview平台统计，EOS 2019年第一季度的DAPP交易额达$1.72B，活跃用户达274.93K，交易笔数达282.99M。
可伴随着这漂亮数据而来的却是EOS Dapp智能合约漏洞问题，其中大部分成功攻击的原因都和随机数漏洞有关，那如何优化这个问题呢？
在复杂美开源的Chain33区块链底层架构中，有一个共识模块叫作SPOS（safe pos），它通过Ticket实现POS的挖矿逻辑。
在这篇文章中，我将详细讲解SPOS模块的实现原理，以及其解决随机数漏洞的方式。
在Chain33的公链案例比特元中，用户使用钱包账户中BTY余额购票（挖矿权，目前10000个BTY可购买一票），一票对应一个唯一的TicketID，同时拥有一份挖矿权；一个区块只能由一票挖出，实际的挖矿几率各票均分（如全网有N张票，则一张票挖到矿的几率为1/N）。
Ticket挖矿流程如下所示：
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钱包：定期检查账户中的BTY余额来购买票, 当满足购票条件后构造一条买票交易发往区块链。
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共识：它会一直尝试使用本地持有的票去打包区块，一旦打包成功，是表示对应的Ticket持有人挖矿成功，并获得对应的区块奖励。
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智能合约：智能合约会把地址对应的票信息写入到区块链数据库，每一张Ticket都对应有一个唯一的TicketID，也会有一条数据记录在数据库。
在区块链上为了体现公平性（针对游戏等应用场景），就需要一个不能被预测的随机数。
目前的区块链大体有如下实现方案：
1. 合约中调用外部中心化的随机数发生器获取随机数；
2. 使用区块hash中的某些值作为随机数。
但是这两种方案都有非常明显的弊端，原因在于：
1. 区块链多节点之间智能合约执行结果是要求强一致的，如果合约从外部读取数据，是很有可能获取到不同结果的（比如网络原因导致有的节点读取正常，有的返回错误）进而导致分叉。
2. 区块的哈希可以被控制，导致随机数被控制。比如EOS，没有提供很好的随机数算法，所以很多Dapp开发者会自己封装自认为完美的随机数算法导致随机数被预知。
例如以下两个例子：
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Eosbet第一次随机数攻击：这个游戏在开奖时使用了EOS中一个名为ref_block_num的随机数因子，但是在游戏开奖时合约中还是读取了老区块中的值，导致随机数被预知，进而被攻击。
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Eosbet第二次随机数攻击：在修改了上一次的问题后，开发者再引入了一个新的参数：用户余额作为随机数因子。然而攻击者利用这一点，模拟完全一样的DApp代码，然后不停修改余额去尝试开奖逻辑，直到碰撞出开奖结果，进而又遭到攻击。
还有其它很多EOS上的游戏遭受了类似手段的攻击，造成大量的损失。
下面，我们就来着重讲讲如何实现在随机数上的优化。
首先，用户使用钱包账户中的BTY购买票（Ticket），10000BTY对应一票。钱包同时生成一个randNum，哈希过后再结合钱包挖矿地址的私钥，票对应的index（一次可以买多张票）等元素再做两次哈希，得到一个公开哈希参数（pubHash）：
pubHash =
hash(hash(privateKey:index:hash(randNum)))
然后，新购买的票中包含这个pubHash以及randNum并存入区块链，这张票有12小时的成熟期，过了12小时才可以参与挖矿。
接着共识算法从区块链中找到已经成熟的票（Ticket）开始打包，由于共识打包区块操作只在节点本地执行，所以它可以读取本地存储的私钥，算出一个私密哈希（privHash）并将这个参数放入到挖矿交易中：
privHash =
hash(privateKey:index:hash(randNum))
最后，智能合约收到挖矿交易，对比hash(privHash)和pubHash的值，两者一致挖矿交易成功，对应的节点获得挖矿奖励。否则挖矿交易执行失败。
最后总结一下，SPOS共识的实现结合了随机数，由于一般情况下是无法预测其它节点的共识信息，所以也无法获取到它的共识随机数。
并且系统设定私密哈希（privHash）不能提前泄露，就算有恶意矿工自己提前暴露，它对应的票也会被作废，同时本金会被冻结较长时间（2天以上）。
再加上系统设定票需要经过12小时的成熟期后才可以参与挖矿。这些条件组合起来，系统的随机数几乎是无法被操控的。这样当开发者实现的DApp中需要保证公平随机时，就可以直接使用系统提供的这个安全的随机数了。
*关于作者：
复杂美区块链（www.33.cn)成立于2008年，累计申请200多项区块链发明专利，全球排名前10。拥有自主研发的区块链底层架构Chain33，从2018年11月开源至今，其首创的平行链架构被百度、阿里、360等机构认可与研究，并登录微软azure市场。
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