論文の概要: Post-Quantum VRF and its Applications in Future-Proof Blockchain System
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.02012v1
- Date: Sun, 5 Sep 2021 07:10:41 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-16 02:50:35.256801
- Title: Post-Quantum VRF and its Applications in Future-Proof Blockchain System
- Title（参考訳）: 量子後vrfと今後のブロックチェーンシステムへの応用
- Authors: Zengpeng Li, Teik Guan Tan, Pawel Szalachowski, Vishal Sharma,
Jianying Zhou
- Abstract要約: 検証可能なランダム関数 (VRF) は、その出力の正当性に対する非対話的に公に検証可能な証明を提供する強力な擬似ランダム関数である。
対称鍵プリミティブを用いた単純なVRFソリューションから量子後VRFを得るための汎用コンパイラを提案する。
量子セキュアなVRF(quantum-secure decentralized random beacon)の潜在的な応用例を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.386254282693335
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A verifiable random function (VRF in short) is a powerful pseudo-random
function that provides a non-interactively public verifiable proof for the
correctness of its output. Recently, VRFs have found essential applications in
blockchain design, such as random beacons and proof-of-stake consensus
protocols. To our knowledge, the first generation of blockchain systems used
inherently inefficient proof-of-work consensuses, and the research community
tried to achieve the same properties by proposing proof-of-stake schemes where
resource-intensive proof-of-work is emulated by cryptographic constructions.
Unfortunately, those most discussed proof-of-stake consensuses (e.g., Algorand
and Ouroborous family) are not future-proof because the building blocks are
secure only under the classical hard assumptions; in particular, their designs
ignore the advent of quantum computing and its implications. In this paper, we
propose a generic compiler to obtain the post-quantum VRF from the simple VRF
solution using symmetric-key primitives (e.g., non-interactive zero-knowledge
system) with an intrinsic property of quantum-secure. Our novel solution is
realized via two efficient zero-knowledge systems ZKBoo and ZKB++,
respectively, to validate the compiler correctness. Our proof-of-concept
implementation indicates that even today, the overheads introduced by our
solution are acceptable in real-world deployments. We also demonstrate
potential applications of a quantum-secure VRF, such as quantum-secure
decentralized random beacon and lottery-based proof of stake consensus
blockchain protocol.
- Abstract（参考訳）: 検証可能なランダム関数(英: verible random function、略してVRF)は、その出力の正しさの非対話的に公証な証明を提供する強力な擬ランダム関数である。
最近VRFは、ランダムビーコンや実証・オブ・テイクコンセンサスプロトコルなど、ブロックチェーン設計に不可欠なアプリケーションを見つけている。
私たちの知る限り、第1世代のブロックチェーンシステムは本質的に非効率な作業証明コンセンサスを使用しており、研究コミュニティは、リソース集約的な作業証明が暗号化構造によってエミュレートされる、概念実証スキームを提案して、同じ特性を実現しようとしました。
残念なことに、最も議論された証明のコンセンサス(例えば、アルゴランとウロボラスの家族)は、ビルディングブロックは古典的なハードな仮定の下でのみ安全であり、特に、それらの設計は量子コンピューティングの出現とその影響を無視している。
本稿では,量子安全性に本質的な性質を持つ対称鍵プリミティブ(非対話型ゼロ知識システムなど)を用いて,単純なvrf解から量子後vrfを得る汎用コンパイラを提案する。
提案手法は,ZKBooとZKB++の2つの効率的なゼロ知識システムを用いて,コンパイラの正確性を検証する。
我々の概念実証実装は、今日でも、ソリューションによって導入されたオーバーヘッドが実際のデプロイメントで許容されることを示している。
また、量子セキュアなVRF(quantum-secure decentralized random beacon)や、抽選に基づくブロックチェーンプロトコルの証明など、潜在的な応用を実証する。
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