如何在不使用工作量證明的情況下實現公平且高效
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POW之美
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就這麼簡單。
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這個簡單的算法同時提供了真正的隨機性——來進行公平且去中心化的區塊提議；一定的延遲——確保有足夠的時間來廣播，最大程度降低分叉概率；經濟上的抵押— —通過硬件和電力投資來實現，這樣礦工就有既得利益來誠實工作。
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簡單又優雅的PoW機制有一個關鍵問題，那就是它的難題是可以高度並行處理的。這些難題通常是一個哈希函數，節點只是不停生成隨機字符串，用哈希法進行處理，然後看得出的哈希值是否符合特定條件。如果你只是一名玩家（例如一台機器、一個線程），假設你平均能在N秒後猜對答案。但如果你是一百名玩家，那麼平均你猜對答案的時間就是N/100秒，因為你可以輕鬆分配工作。舉個例子，假如一共有M種可能的答案，你可以安排玩家1號測試答案1到答案M/100，再安排玩家2號測試答案M/100到答案M/200，以此類推。
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在PoW區塊鏈系統中工作的礦工們通常會購買大量的專用電腦，或者專用集成電路（ASIC），並調用程序協調這些ASIC的分工來猜答案，所以平均算下來他們猜中正確答案的速度會快些。隨時時間的推移，不同的礦工決定抱團來分擔他們ASIC集團的工作，因此就有了礦池。
對於比特幣這樣的網絡，如果礦工猜答案猜得太快，它有一套內部算法可以提高猜答案的難度，最終將出塊時間維持在平均10分鐘左右一塊的速度。因此，礦工猜得越快，謎題難度越大，這樣也就激勵了礦工通過ASIC提速或者搭建更多的ASIC。
礦機速度越來越快，數量越來越多，消耗的能量也越來越多，直到維護網絡的能耗高得離譜。
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所以，如果我們想要設計一套不像PoW那麼浪費資源的系統，但同時又能做到隨機延遲的話，我們需要達成以下設計目標：
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真正的隨機性以確保公平與去中心化
延遲不可以通過並行而降低，以最大程度減少能耗
下面我們來看看如何優化：
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白噪音就是自然出現的一種隨機源
真正的隨機性更多的是一個哲學問題。我們在說“隨機”的時候，我們真正想要的是“不可預測”。如果我們的機制輸出的結果是網絡任何參與方都無法預測的，那麼我們就認為這個結果是隨機的，且是公正的。
許多加密函數似乎都能生成隨機輸出，例如哈希函數和簽名機制。但是，他們並不是專門為了生成不可預測的輸出而設計的，且觀察者能夠在給定足夠大量樣本的情況下得出模式。
在1999年，一篇由Micali，Rabin和Vadhan撰寫的論文發表了，他們描述了一種可驗證的隨機函數（VRF），這個函數是專門為了生成高度不可預測的輸出而設計的。後來，Micali教授成立了Algorand項目，之後該項目核心成員Sergey Gorbunov寫了一篇更詳細且更容易理解的文章。如果你對VRF的更多技術處理感興趣，可以參閱上述文章和論文。
在Taraxa的區塊DAG架構裡，VRF為隨機延遲提供了隨機性。 VRF的輸出是：
區塊DAG的級別（L）：在提議者打包區塊時，這裡的“級別”就是錨定鏈的長度+1。所以，如果你是提議者，你計算了當前的錨定鏈L，發現了你將要搭建幽靈指針（pointer）的邊界上的終結塊，那麼你提議的區塊級別就是L+1。需要注意的是，這裡的定義與常說的“深度”是不同概念。
最新Period區塊的區塊哈希（P）：這是在區塊DAG中最新完成的區塊，能夠通過一個並行PBFT流程（下一篇文章會詳述）實現真正的最終確認。考慮到在邊界上提議者尚未接收到最新確認的Period區塊（P），所以協議會有一定的容忍，即最新Period區塊的上一個區塊哈希也是可接受的。
VRF(L, P, SK) → (v, p)
區塊提議者的秘密VRF密鑰（SK）：這個是搭建VRF函數所需要的。這與交易簽名機制不同，是專門為每個節點生成用於搭建VRF的。
VRF函數的輸出分兩塊：
v是一個偽隨機值，用於確定延遲長度。
p是一個證明，其他節點可以用其來驗證VRF已誠實且正確地執行。可以把它當作一個簽名，有了提議者的VRF公鑰，任意其他節點都可以輕鬆確定計算的正確性。
在VRF的輸出（延遲難度或延遲長度）轉換為延遲之前，我們會需要讓其形成一定的分佈。分佈的特徵大致如下：
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需要有一個最小延遲，因為我們不能讓區塊立即生成，不然會沒有時間進行適當的網絡廣播
需要有一個最大延遲，因為我們不希望整個網絡堵塞，也不希望長時間不生產塊
S(v) = d
部分提議者速度要快，而剩下一部分要慢，這與合格提議者數量以及整個網絡的直徑（也就是一個區塊到達大多數提議節點所需的時間）有關
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成型函數
設成型函數為S，我們可以得出以下公式：
這裡d就是下一階段的難度係數。
■可驗證延遲函數的延遲Token 像個公交卡，能自身產生價值轉移，聯盟鏈沒有原生的價值轉移。國家打擊的是傳銷盤，但其實還有很多的具有價值的代幣，當行業發展和公眾認知到一定程度的時候，優質的公鏈能避免一刀切的狀況。等到這個時候，聯盟鍊和公鏈的合作可能更多。
獨自辛苦獨自忙，無人並肩共作戰=（正如本文開頭討論的那樣，PoW好是好，但並行處理是其“風評被害”的罪魁禍首。於是，可驗證延遲函數（VDF）出現了，這個函數是專門為了模擬無法通過並行處理加速的延遲而設計的。
如果一個函數符合以下兩點簡單的標準，那麼就可以嚴格將其歸為VDF：必須是順序的，
這種情況下無人能夠通過多個並行處理來加快VDF函數的計算，這一點與PoW不同。
必須是可簡單驗證的，
觀察者能夠簡單地進行驗證（也就是其用來驗證的時間遠比計算函數的時間短），確認VDF計算正確且出現的是適當的延遲，這一點與PoW相似。
Boneh et al.，Pietrzak和Wesolowski等人都提出了滿足這些標準的VDF。
特別是，Pietrzak和Wesolowski都基於在未知順序的組別裡重複平方的原理，各自獨立地提出了高度相似的方法，這些方法能夠有效抵抗並行處理。
讓我們在更高層次測試一下這些函數吧，因為數學是非常複雜的。
這些VDF的構建是執行重複平方的計算，這些計算是無法並行處理的，因為每次迭代都需要上一次迭代的輸入，且任何給定迭代中不會提供關於未來迭代的信息。換句話說，除非你一步步完成所有迭代，否則你無法知曉答案。這一點確保了這個函數是順序的。
而讓VDF能夠簡單驗證的是，你可以用包含VDF中間輸入與最終輸出的隨機線性組合來搭建一個證明。這些限線性組合的計算很簡單，因為比起計算整個VDF來說，它涉及的步驟要少很多。簡單地類比一下就是，計算整個曲線中的所有數值（計算整個VDF）與選個箭頭往前推幾步（證明VDF的有效性）的差距。箭頭前進幾步所花費的時間顯然比計算少得多。這一點確保了這個函數是可簡單驗證的。
VDF(gP, Tx, d) = z
所有交易的哈希（Tx），你計劃打包到區塊中的所有交易的哈希，所以你無法事先計算VDF
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d，上一步的難度係數
所以，在節點提議區塊之前，VDF函數計算長這樣：
