Private and Secure Post-Quantum Verifiable Random Function with NIZK Proof and Ring-LWE Encryption in Blockchain

我们提出了一种安全、私密的基于区块链的可验证随机函数（VRF）方案，解决了传统VRF构造的一些限制。考虑到即将到来的量子计算对手情景，传统的加密方法面临漏洞。为增强我们的VRF的安全随机性，我们采用后量子环-LWE加密来合成伪随机序列。考虑到计算成本和结果上链的燃气成本，我们建议采用分叉架构来设计VRF，优化链上和链下之间的交互。我们的方法采用了一种由NIZK证明支持的安全环签名和一种受Chaum-Pedersen等式证明和Fiat-Shamir启发的委托密钥生成方法。我们的VRF方案将多方计算（MPC）与基于区块链的去中心化身份标识（DID）相结合，确保安全性和随机性。我们阐述了我们的VRF方案的安全和隐私方面，分析了时间和空间复杂度。我们还近似计算了VRF方案的熵，并详细说明了它在Solidity合约中的实现。此外，我们还勾勒了一种验证VRF证明的方法，适用于需要随机性和验证的情境。最后，我们使用统计随机性测试套件NIST SP800-22，我们的结果在11个测试用例中展现出98.86%的通过率，总共进行了176次测试，平均p值为0.5459。

论文旨在提出一种基于区块链的可验证随机函数（VRF）方案，解决传统加密方法面临的量子计算攻击漏洞的问题。

该VRF方案采用后量子加密Ring-LWE加密合成伪随机序列以增强其安全性，采用分叉式架构进行设计，结合多方计算（MPC）和基于区块链的去中心化身份验证（DID），并使用NIZK证明支持的安全环签名和委派密钥生成方法来优化其交互。

论文详细阐述了该VRF方案的安全性和隐私性，分析了时间和空间复杂度，近似计算了熵，并详细说明了其在Solidity合约中的实现方法。使用NIST SP800-22统计随机性测试套件，结果表明在11个测试用例中，通过率为98.86％，总共进行了176次测试，平均p值为0.5459。

最近的相关研究包括基于区块链的随机数生成方案，如“基于区块链的去中心化随机数生成器”和“基于区块链的随机数生成器”，以及基于多方计算的加密方案，如“基于区块链的多方计算随机数生成方案”。