Die Bedeutung der Zufälligkeit im Internetzeitalter

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David Dias ist Forschungsingenieur bei Protocol Labs. Er ist spezialisiert auf Peer-to-Peer-Netzwerke und verteilte Systeme.

Strom, Wasser, Gas – dies sind nur einige der öffentlichen Einrichtungen, die wir täglich nutzen, sei es zum Kochen von Lebensmitteln am Morgen, zum Heizen von Häusern während des Tages oder zum Laden von Computern in der Nacht. Aber was ist mit Zufallszahlen? Brauchen wir eine öffentliche Zufallsquelle, genauso wie wir öffentliche Quellen für Strom und Wasser brauchen?

Sie haben sich dieses Bedürfnis vielleicht nie vorgestellt, aber Zufälligkeit beinhaltet mehr, als Sie vielleicht denken. Während Zufallszahlen möglicherweise nicht wie ein öffentliches Gut klingen, verlassen wir uns bei einer Vielzahl von sozial nützlichen Dingen tatsächlich auf Zufälligkeit.

Gute Zufälligkeit, definiert durch hohe Entropie, wird für die Cybersicherheit unserer intelligenten Geräte, Online-Glücksspiele und Kryptografie verwendet. Es verhindert Hacks, sichert Ihre privaten Schlüssel und ist für das Funktionieren des Internets von entscheidender Bedeutung. Es hat auch Anwendungen in Wahlsystemen, indem es den Prüfungsprozess sichert.

Siehe auch: Wie ein dezentrales Zufallsbake die kryptografische Sicherheit erhöhen kann

Die Integrität der Wahlen hängt von einer fairen, effektiven und vertrauenswürdigen Prüfung ab, und es hat sich gezeigt, dass nur Zufälligkeiten die Verzerrung dieses fehleranfälligen Prozesses beseitigen. Durch die Verwendung einer hohen Entropie-Zufälligkeit bei der Auswahl von Stimmzetteln und Distrikten für die Prüfung wird sichergestellt, dass jede Prüfung für Angreifer oder Hacker sowohl unvoreingenommen als auch unvorhersehbar bleibt.

Wenn die Zufälligkeit, die Prüfer verwenden, eine geringe Entropie aufweist oder vorhersehbar ist, sind Wahlprüfungen anfällig für Manipulationen und Betrug.

Die gleiche Grundlogik gilt für alle anderen Zufallsanwendungsfälle wie die Auswahl der Jury und die statistische Stichprobe. Nur weil Zufälligkeit für eine Reihe von bürgerlichen und privaten Funktionen notwendig ist, heißt das nicht, dass sie von zentralisierten Akteuren wie dem Staat bereitgestellt werden sollte.

Im Moment ist wahre Zufälligkeit schwer zu beschaffen und zu liefern.

Tatsächlich ist eine Zufälligkeit, die ausschließlich aus Algorithmen stammt, streng genommen unmöglich. Dies liegt daran, dass jeder Softwarealgorithmus funktional deterministisch ist und den Regeln seiner Programmierung folgt, um scheinbar zufällige, aber letztendlich vorhersehbare Ausgaben zu erzeugen. Infolgedessen verlassen sich die meisten Zufallszahlengeneratoren auf die Eingabe von Eingaben von externen Entropiequellen, wie z. B. kleine Änderungen der Mausbewegung des Benutzers oder das Timing der Tastenanschläge.

Während Zufallszahlen möglicherweise nicht wie ein öffentliches Gut klingen, verlassen wir uns bei einer Vielzahl von sozial nützlichen Dingen tatsächlich auf Zufälligkeit.

Während externe Entropiequellen die Qualität der Zufallsausgabe erhöhen, garantieren sie keinen Bias-Widerstand. Selbst die besten Zufallszahlengeneratoren sind immer noch anfällig für Manipulationen.

In einem hochkarätigen Fall von Zufallsverzerrung konnte ein IT-Spezialist bösartigen Code schreiben, der die Zufallsausgabe zahlreicher staatlicher Lotteriesysteme verzerrte und es ihm ermöglichte, die Lotterie zu seinen Gunsten zu spielen.

Wenn Geld oder entscheidende Cybersicherheit auf dem Spiel stehen, reicht es eindeutig nicht aus, nur Zufälligkeit zu haben. Die Zufallsquellen müssen sicher und vorspannungsbeständig sein. Damit die Zufälligkeit als öffentliches Versorgungsunternehmen funktioniert, müssen ihre Quellen öffentlich überprüfbar sein, damit jeder überprüfen kann, ob die von ihm generierten Zahlen wirklich zufällig sind oder nicht.

Seit Jahren schlagen Informatiker verschiedene Lösungen für das Problem vor, wie eine gute, vorurteilsresistente und öffentlich überprüfbare Zufälligkeit im Maßstab erzeugt werden kann. Verschiedene Projekte, wie das Zufallsbake von NIST oder der UChile-Generator, sind öffentliche Zufallsbaken, die von unvorhersehbaren Systemen mit hoher Entropie unterstützt werden. Diese bieten jedoch keinen Mechanismus für die öffentliche Überprüfbarkeit der Zufallsquelle.

Keines dieser Projekte ist jedoch dezentralisiert und bietet keine öffentlich überprüfbare Zufälligkeit. Keines dieser Projekte ist dezentralisiert und bietet keine öffentlich überprüfbare Zufälligkeit. Dadurch sind sie anfällig für Verzerrungen innerhalb der Institutionen, die für die Erzeugung der von ihnen erzeugten Zufälligkeit verantwortlich sind. Eine wirklich vorurteilsresistente, vertrauenslose und dezentrale Quelle guter Zufälligkeit ist bisher nur in unserer Vorstellung möglich geblieben. Das heißt, bis jetzt.

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Im Juli 2020 startete die League of Entropy, ein Konsortium verschiedener Organisationen aus der ganzen Welt, ein umfangreiches Upgrade für ihr verteiltes Zufallsbake, das nun als öffentlicher Zufallsdienst auf Produktionsebene dient. Dieses Zufallsbakenprotokoll mit dem Namen drand bietet eine allgemein zugängliche Quelle für öffentlich überprüfbare, unvoreingenommene und unvorhersehbare Zufälligkeiten.

Aus technischer Sicht wird drand von einem verteilten Netzwerk von Teilnehmern unterstützt, die jeweils ihren eigenen drand-Knoten betreiben. Da der Prozess der Generierung von Zufallswerten auf mehrere Teilnehmer verteilt ist, gibt es keinen einzelnen Fehlerpunkt oder eine Verzerrung, die die Zufälligkeit des Drands beschädigen oder auf andere Weise beeinträchtigen könnte. Darüber hinaus kann jeder neue Zufallswert durch einen einzelnen öffentlichen Schlüssel überprüft werden, der gemeinsam von allen Partnern im Netzwerk generiert wird. Jeder mit dem öffentlichen Schlüssel kann sowohl überprüfen, ob die Nachricht korrekt ist, als auch die Zeit bestätigen, zu der sie generiert wurde.

Darüber hinaus implementiert die League of Entropy selbst ein dezentrales Governance-Modell und eine aktive Netzwerküberwachung, die beide die Robustheit des Netzwerks verbessern und sicherstellen, dass keine einzelne Entität oder kein böswilliger Akteur das Netzwerk gefährden kann. Dieser Bias-Widerstand und diese Sicherheit verändern das Internet und jede Anwendung, die eine gute Zufälligkeit benötigt. Angesichts der rasanten Entwicklungen im Internet der Dinge und im Blockchain-Bereich besteht heute ein größerer Bedarf an sicherer Zufälligkeit als je zuvor.

Dies liegt daran, dass viele Blockchains und Geräte im Internet der Dinge auf zufällige Werte angewiesen sind, um ordnungsgemäß und sicher zu funktionieren. Filecoin verwendet zum Beispiel eine zufällige Lotterie, um den Anführer jeder Epoche zu wählen und Belohnungen fair zu verteilen. das projekt ist der erste produktionsanwender von drand. Das Internet der Dinge hat ein großes Bedürfnis nach Zufälligkeit wie andere Computer, ist jedoch einfach und ressourcenbeschränkt und in der Entropie, auf die sie zugreifen können, begrenzt. Eine zuverlässige, öffentliche Zufallsquelle kann dazu beitragen, diesen Mangel zu beheben.

Ein echtes öffentliches Gut dient der Welt, indem es Open Source, dezentralisiert und vollständig überprüfbar ist. Mit drand können wir dazu beitragen, einen faireren, unvoreingenommeneren und sichereren digitalen Raum für die ganze Welt zu schaffen.

Offenlegung

CoinDesk ist führend in Blockchain-Nachrichten und ein Medienunternehmen, das nach höchsten journalistischen Standards strebt und strenge redaktionelle Richtlinien einhält. CoinDesk ist eine unabhängige Tochtergesellschaft der Digital Currency Group, die in Kryptowährungen und Blockchain-Startups investiert.

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