نتایج تصادفی در بلاک چین و وب ۳ چیست و چه کاربردی دارد؟

شاید تا به حال به این فکر نکرده باشید که عددهای تصادفی نقش مهمی در پشت پرده قرعه‌کشی NFTها، آیتم‌های نادر در بازی‌های بلاکچینی یا حتی عملکرد قراردادهای هوشمند، ایفا می‌کنند. تولید این نتایج تصادفی در بلاک ‌چین، به‌خاطر ذات شفاف و غیرقابل تغییر بودن آن، اصلاً کار ساده‌ای نیست. چطور می‌توان در سیستمی که قابل پیش‌بینی است، چیزی غیرقابل پیش‌بینی تولید کرد؟ در این مقاله به بررسی این موضوع و Randomness در وب 3 (Web3) می‌پردازیم.

مفهوم نتایج تصادفی (Randomness) در بلاک چین و وب ۳ چیست؟

نتایج تصادفی یا Randomness به‌معنای تولید خروجی‌هایی است که غیرقابل پیش‌بینی، غیرقابل تکرار و بدون هیچ الگوی مشخصی باشند. این ویژگی در بسیاری از فرایندهای دیجیتال، به‌ویژه در فناوری‌‌های بلاک ‌چین و Web3، بسیار مهم است.

به‌طور کلی برای ایجاد امنیت و عملکرد قابل اعتماد در قراردادهای هوشمند، بازی‌های مبتنی‌بر بلاک‌ چین، قرعه ‌کشی‌ها و حتی تولید توکن‌های NFT با ویژگی‌های متنوع، نیاز به مقادیر تصادفی است. اما سیستم‌های کامپیوتری ذاتاً بر پایه الگوریتم کار می‌کنند و در نتیجه قابل پیش‌بینی هستند؛ بنابراین تولید نتایج واقعاً تصادفی در محیط‌های دیجیتال، به‌ویژه در فضای شفاف بلاک‌ چین، کار ساده‌ای نیست.

در حوزه نتایج تصادفی، دو رویکرد اصلی با نام‌های تصادفی ‌سازی واقعی (True Randomness) و شبه ‌تصادفی (Pseudo Randomness) وجود دارد. تصادفی ‌سازی واقعی از منابع فیزیکی غیرقابل پیش‌بینی مانند نویز حرارتی یا امواج رادیویی برای تولید خروجی استفاده می‌کند و کاملاً غیرقابل تکرار است. اما در بلاک ‌چین، دسترسی به چنین منابع فیزیکی به‌طور مستقیم ممکن نیست.

در مقابل، شبه‌ تصادفی‌ سازی بر اساس الگوریتم‌های ریاضی و مقدار اولیه‌ای به‌نام سید (Seed) عمل می‌کند. Seed، هسته اصلی تصادفی سازی واقعی است و اگر Seed مشخص شود، می‌توان خروجی‌ها را پیش‌بینی کرد. در نتیجه، برای استفاده در وب 3، باید راهکارهایی طراحی شود که بتوانند هم کارایی شبه‌تصادفی‌ها را داشته باشند و هم امنیت و غیرقابل پیش‌بینی بودن Randomness واقعی را تضمین کنند.

چرا نتایج تصادفی در بلاک چین اهمیت دارند؟

نتایج تصادفی در بلاک چین نقش حیاتی در اجرای منصفانه و امن قراردادهای هوشمند دارند. این قراردادها به‌صورت خودکار و بدون نیاز به واسطه اجرا می‌شوند، اما اگر در فرایند تصمیم‌گیری آن‌ها مانند قرعه‌کشی، تخصیص منابع یا انتخاب برنده‌ها، از یک روش قابل پیش‌بینی استفاده کند، تمام اعتبار سیستم زیر سؤال می‌رود.

همچنین نتایج تصادفی در Web3، پروژه‌های NFT و اوراکل‌ها کاربرد گسترده دارد. در بازی‌های غیرمتمرکز، نتایج تصادفی در تعیین آیتم‌های برنده، محتوای بازی و حتی نوع رفتار دشمنان، نقش کلیدی دارد و تجربه‌ای جذاب و جدید برای بازیکنان رقم می‌زند. در حوزه NFT نیز بسیاری از پروژه‌ها، از Randomness برای تعیین ویژگی‌های منحصربه‌فرد هر توکن استفاده می‌کنند. بنابراین امنیت تصادفی ‌سازی در بلاکچین، به‌طور مستقیم با اعتبار و کارایی کل اکوسیستم Web3 در ارتباط است.

روش های تولید نتایج تصادفی در بلاک چین

ماهیت بلاک‌ چین قابل پیش‌‌بینی است؛ بنابراین تولید نتایج تصادفی در بلاک چین با چالش‌هایی اساسی مواجه است. برای حل این مشکل، دو رویکرد اصلی برای تولید Randomness توسعه یافته‌اند که هرکدام مزایا و معایب خاص خود را به همراه دارند. در ادامه به‌بررسی این روش‌ها می‌پردازیم.

روش های درون ‌زنجیره ای (On-chain randomness)

روش‌های درون‌زنجیره‌ای برای تولید نتایج تصادفی در بلاک ‌چین از داده‌های داخلی شبکه مانند هش، شماره بلاک یا Timestamp استفاده می‌کنند. این روش‌ها ساده، کم‌هزینه و بدون نیاز به تعامل با سیستم‌های خارجی هستند اما امنیت پایین‌تری دارند؛ زیرا تولیدکنندگان بلاک می‌توانند با تغییر ترتیب تراکنش‌ها یا تأخیر در انتشار بلاک، در خروجی Randomness دخالت کنند. به‌همین دلیل، این روش‌ها بیشتر برای پروژه‌های آزمایشی یا مواردی با حساسیت پایین مناسب هستند و در کاربردهایی که نیاز به تصادفی ‌سازی امن و مقاوم در برابر دست‌کاری دارند، توصیه نمی‌شوند.

روش های برون ‌زنجیره ای با اوراکل (Off-chain randomness via oracles)

در روش‌های برون ‌زنجیره‌ای، تصادفی سازی نتایج از طریق اوراکل‌های غیرمتمرکز مانند Chainlink VRF ایجاد می‌شود که با استفاده از رمزنگاری پیشرفته، عددی تصادفی همراه با اثبات رمزنگاری‌شده تولید می‌کنند. این رویکرد امنیت بسیار بالایی دارد؛ زیرا حتی نودهای ارائه‌دهنده داده نیز نمی‌توانند نتیجه را تغییر دهند.

این روش‌ها بهترین گزینه برای تصادفی‌سازی در NFT و بازی‌های بلاک چینی هستند، اما نیاز به زیرساخت خارجی و پرداخت هزینه‌های بالاتر گس دارند که ممکن است در پروژه‌های کوچک محدودیت ایجاد کند.

چین لینک وی آر اف (Chainlink VRF)

Chainlink VRF یکی از مهم‌ترین راهکارهای تولید نتایج تصادفی در بلاک چین است که توسط شبکه اوراکل غیرمتمرکز چین لینک توسعه داده شد. این سرویس با استفاده از محاسبات رمزنگاری برون‌ زنجیره‌ای، عددی تصادفی به همراه یک اثبات رمزنگاری تولید می‌کند و تنها در صورتی توسط قرارداد هوشمند پذیرفته می‌شود که اعتبار آن توسط شبکه تأیید شده باشد. این فرایند به‌گونه‌ای طراحی شده که حتی خود گره اصلی چین لینک نیز نتواند خروجی را پیش‌بینی یا دست‌کاری کند.

درند (Drand)

Drand پروژه‌ای متن‌باز و غیرمتمرکز برای تولید نتایج تصادفی است که توسط مؤسساتی مانند Cloudflare ،EPFL  و Protocol Labs پشتیبانی می‌شود. Drand از رویکردی مبتنی‌بر ترِشلد کریپتوگرافی (Threshold cryptography) استفاده می‌کند.

در این رویکرد، گروهی از نودها به‌صورت اشتراکی و بدون نیاز به اعتماد متقابل، یک خروجی تصادفی تولید می‌کنند که غیرقابل پیش‌بینی است. این شبکه به‌عنوان پایه‌ای برای پروژه‌هایی مانند فایل کوین و League of Entropy عمل کرده و با انتشار نتایج عمومی با دوره‌های زمانی منظم، امکان استفاده برای قراردادهای هوشمند و اپلیکیشن‌های Web3 را فراهم می‌سازد.

مزایا و معایب روش های برون ‌زنجیره ای

در ادامه، به بررسی مزایا و معایب روش‌های برون‌ زنجیره‌ای با اوراکل‌ها، به‌ویژه دو راهکار مطرح یعنی Chainlink VRF و Drand، می‌پردازیم.

چالش ها و تهدیدهای نتایج تصادفی در بلاک‌ چین

تولید نتایج تصادفی در بلاک چین همواره با چالش‌های امنیتی و فنی همراه بوده است. برخلاف سیستم‌های سنتی که می‌توانند به منابع فیزیکی یا سرورهای متمرکز برای تولید Randomness تکیه کنند، بلاک‌ چین‌ها نیاز به راهکارهای خاص دارند. با افزایش استفاده از نتایج تصادفی در Web3، بازی‌ها و ‌NFTها، آسیب‌پذیری‌های ناشی از تولید نادرست یا دست‌کاری‌شده اعداد تصادفی نیز اهمیت بیشتری پیدا کرده‌اند.

در جدول زیر، به‌بررسی مهم‌ترین چالش‌ها و تهدیدهای مرتبط با تصادفی ‌سازی در بلاک ‌چین می‌پردازیم.

راهکارهای نوین برای بهبود تصادفی سازی در وب 3

کاربردهای گسترده مبتنی‌بر نتایج تصادفی در Web3، باعث شده تا نیاز به راهکارهایی دقیق، شفاف و مقاوم در برابر دست‌کاری ایجاد شود. راهکارهای نوین مانند Verifiable Random Functions و Threshold Cryptography توانسته‌اند جایگزینی امن برای روش‌های سنتی، مانند هش بلاک ارائه دهند. این تکنولوژی‌ها امکان تولید خروجی تصادفی غیرقابل پیش‌بینی را فراهم کرده و از طریق اثبات داده، اجازه می‌دهند تمامی مشارکت‌کنندگان اعتبار Randomness را به‌صورت عمومی بررسی کنند. پروژه‌هایی نظیر Chainlink VRF و Drand نمونه‌های موفقی از این رویکردها هستند.

نحوه ایجاد نتایج تصادفی توسط چین لینک VRF

Chainlink VRF با ترکیب داده‌های بلاک‌ چین مانند هش و کلید خصوصی که فقط نود چین لینک به آن دسترسی دارد، یک عدد تصادفی به همراه اثبات رمزنگاری ‌شده (Cryptographic proof) تولید می‌کند. این عدد فقط در صورتی توسط قرارداد هوشمند پذیرفته می‌شود که اثبات همراه آن معتبر باشد.

در این معماری، حتی خود نود چین لینک نیز نمی‌تواند نتیجه را به‌دلخواه تغییر دهد؛ زیرا تغییر باعث عدم اعتبار اثبات رمزنگاری می‌شود و خروجی توسط قرارداد هوشمند رد خواهد شد.

نمونه های واقعی استفاده از نتایج تصادفی در Web3

نتایج تصادفی در Web3 به یکی از اجزای کلیدی در ساخت تجربه‌های پویا، منصفانه و غیرقابل پیش‌بینی تبدیل شده‌اند. Randomness طیف وسیعی از کاربردها را شامل می‌شوند و برای حفظ عدالت، جلوگیری از تمرکزگرایی و افزایش اعتماد کاربران در اکوسیستم‌های Web3 حیاتی است. در ادامه به معرفی برخی از کاربردهای این موضوع در پروژه‌های مطرح می‌پردازیم.

بازی های معروف بلاک‌ چینی

در بازی های بلاک ‌چینی مانند اکسی اینفینیتی (Axie Infinity) و دیسنترالند (Decentraland)، استفاده از نتایج تصادفی به‌شدت رایج است.

• در آکسی اینفینیتی، هنگام تولید موجودات جدید (Breeding)، ویژگی‌های آن‌ها به‌صورت تصادفی از ژن‌های والدین انتخاب می‌شود که همین فرایند، استراتژی و ارزش‌گذاری هر آکسی را منحصربه‌فرد می‌کند.
• در دیسنترالند، تصادفی ‌سازی در مواردی مانند قرعه‌کشی‌ زمین‌های مجازی یا توزیع آیتم‌های نادر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

NFTهایی با ویژگی های تصادفی

بسیاری از مجموعه‌های NFT موفق مانندبرد ایپ یات کلاب (Bored Ape Yacht Club) یا آرت بوکس (Art Blocks) از نتایج تصادفی برای تولید ویژگی‌های منحصربه‌فرد هر توکن استفاده می‌کنند. در این پروژه‌ها، هنگام فرایند مینت (mint)، سیستم به‌صورت تصادفی رنگ، حالت، لباس، پس‌زمینه یا ویژگی‌های خاص را به هر NFT اختصاص می‌دهد.

استفاده از امنیت تصادفی‌ سازی در بلاکچین در این حوزه اهمیت زیادی دارد؛ زیرا اگر فرایند Randomness قابل پیش‌بینی یا دست‌کاری باشد، امکان سوء‌استفاده وجود خواهد داشت.

کلام پایانی | نتایج تصادفی در بلاک چین

نتایج تصادفی در بلاک چین و Web3 یکی از ارکان مهم برای ساخت سیستم‌های منصفانه، امن و غیرقابل ‌پیش‌بینی در حوزه‌هایی مانند قراردادهای هوشمند،NFT  و بازی‌های بلاک‌ چینی محسوب می‌شوند. بلاک‌ چین ذاتاً شفاف و قابل پیش‌بینی است و به همین دلیل، پیاده‌سازی Randomness به‌صورت امن و بدون تعصب، چالشی جدی محسوب می‌شود.

با استفاده از راهکارهای نوینی مانند Chainlink VRF و Drand، امکان تولید اعداد تصادفی همراه با اثبات رمزنگاری‌شده فراهم شده که به Web3 اجازه می‌دهد تجربه‌هایی قابل اعتماد، جذاب و کاملاً غیرمتمرکز برای کاربران رقم بزند.