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以太坊中生成随机数的几种方法（含代码）

imtoken钱包手机app 2023-02-20 07:24:59

以太坊上使用的随机数主要有两个来源：链上和链下。链上生成的核心是解决随机数生成种子的不可预测性。

1.什么是随机数

随机数是由随机数发生器（Random Number Generator）产生的。随机数分为“真随机数”和“伪随机数”。

1.真随机数

真正的随机数是利用物理现象产生的：如投掷硬币、骰子、轮子、利用电子元件产生噪声、核裂变等。这样的随机数发生器称为物理随机数发生器。他们的缺点是对技术的要求比较高。 ----百度百科

根据维基百科上的定义，我们可以看出真正的随机数依赖于物理随机数生成器。使用最多的是由相对先进和复杂的物理过程产生的，例如电子元件中的噪声。

2.伪随机数

真正意义上的随机数（或随机事件）是在一定的生成过程中，按照实验过程中所示的分布概率随机生成的，其结果是不可预测的、不可见的。计算机中的随机函数是按照一定的算法模拟出来的，结果是确定的、可见的。可以说，这个可预见的结果出现的概率是100%。因此，计算机的随机函数产生的“随机数”并不是随机的，而是伪随机数。 ---百度百科

从定义上我们可以了解到，伪随机数其实是有规律的。只是这个规律周期比较长，但还是可以预见的。主要原因是伪随机数是计算机用算法模拟出来的。这个过程不涉及物理过程，自然不可能具有真随机数的特性。

二、以太坊上的随机数 1、为什么没有随机方法？

作为区块链，以太坊是一个确定性的图灵机。所有分布式节点需要对链上的状态变化达成共识，所有节点上交易的计算结果需要相同。这意味着以太坊不能涉及随机性。如果有随机操作码，所有矿工将得到不同的结果，网络将无法达成共识。

2. 两个来源

以太坊上没有随机数方法，但不代表以太坊上没有随机数的需求。在一些业务场景中，尤其是博彩Dapps，对随机数的需求比较强烈。

比如彩票场景，在现实生活中，彩票开奖是由彩票中心使用彩票机开奖的（貌似是随机生成的号码，但一直被怀疑）。在区块链上，我们需要中奖的彩票号码是随机生成的，以保证游戏的公平性和公信力。

在以太坊上以太坊总数量是多少，使用的随机数主要有两种来源，一种是在链上生成，另一种是在链下生成。

3.在链上生成随机数

链上生成随机数的核心是在交易被打包到区块之前，尽可能选择不可预知的种子（数）来生成随机数。

接下来几种方法的区别在于随机数生成种子的可预测性。越不可预测，安全性越高。

1. 不安全的随机数

在一笔交易中，交易是在什么时候、由谁打包进区块的，用户是不知道的，但是一旦打包进区块，这些值就确定了，所以我们可以使用区块打包时间block.timestamp和区块打包难度 block.difficulty 作为种子生成随机数。 0-100随机数生成器代码如下：

function importSeedFromThird() public view returns (uint8) {

return uint8(
uint256(keccak256(abi.encodePacked(block.timestamp, block.difficulty))) % 100
);
}

在：

block.timestamp和block.difficulty虽然对普通用户来说不可预测，但对矿工来说是可控的。在足够利益的驱使下，矿工可以不断地挖掘和打包区块，直到计算出一个对自己有利的随机数，然后对区块进行打包。

针对这种情况以太坊总数量是多少，我们需要加强我们的随机数生成器，可以通过生成业务数据来加强。

2.使用重复哈希来增强安全性

通过对第一类生成的随机数作为数据源反复进行哈希运算，也可以大大增加矿工的攻击成本，增强安全性。

重复散列是多次运行散列函数的行为，使用散列函数一次运行的输出作为下一次运行的输入。如果初始输入值稍有变化，最终的计算结果就会有很大的不同。

3.利用业务逻辑生成相对安全的随机数

在随机数生成器中加入业务数据，可以解决矿工利用随机数生成器攻击Dapp的问题。这里我们以彩票合约为例。用户Tjaden Hess()在stackoverflow上提出了彩票合约更好的解决方案。它的核心是使用玩家的地址和选择的号码作为随机数生成器的种子。

彩票合约的逻辑是：

彩票合约代码如下：

//THIS CONTRACT IS CONSUMING A LOT OF GAS
//THIS CONTRACT IS ONLY FOR DEMONSTRATING HOW RANDOM NUMBER CAN BE GENERATED
//DO NOT USE THIS FOR PRODUCTION

pragma solidity ^0.4.8;
contract Lottery {
    mapping (uint8 => address[]) playersByNumber ;
    mapping (address => bytes32) playersHash;
    uint8[] public numbers;
    address owner;
    function Lottery() public {
        owner = msg.sender;
        state = LotteryState.FirstRound;
    }
    enum LotteryState { FirstRound, SecondRound, Finished }    
    LotteryState state; 
    function enterHash(bytes32 x) public payable {

        require(state == LotteryState.FirstRound);
        require(msg.value > .001 ether);
        playersHash[msg.sender] = x;
    }
    function runSecondRound() public {
        require(msg.sender == owner);
        require(state == LotteryState.FirstRound);
        state = LotteryState.SecondRound;
    }
    function enterNumber(uint8 number) public {
        require(number<=250);
        require(state == LotteryState.SecondRound);
        require(keccak256(number, msg.sender) == playersHash[msg.sender]);
        playersByNumber[number].push(msg.sender);
        numbers.push(number);
    }
    function determineWinner() public {
        require(msg.sender == owner);

        state = LotteryState.Finished;        
        uint8 winningNumber = random();        
        distributeFunds(winningNumber);
        selfdestruct(owner);
    }
    function distributeFunds(uint8 winningNumber) private returns(uint256) {
        uint256 winnerCount = playersByNumber[winningNumber].length;
                require(winnerCount == 1);
        if (winnerCount > 0) {
            uint256 balanceToDistribute = this.balance/(2*winnerCount);
            for (uint i = 0; i<winnerCount; i++) {
                require(i==0);
                playersByNumber[winningNumber][i].transfer(balanceToDistribute);
            }
        }        
        return this.balance;
    }
    function random() private view returns (uint8) {

        uint8 randomNumber = numbers[0];
        for (uint8 i = 1; i < numbers.length; ++i) {
            randomNumber ^= numbers[i];
        }
        return randomNumber;
    }
}