[论文解读] BlockLot: Blockchain based Verifiable Lottery

Yongrae Jo, Chanik Park|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 4被引用 8

一句话总结

BlockLot 是一种基于区块链的可验证抽奖系统，通过利用比特币区块哈希作为密码学安全、不可预测的随机种子，确保了公平性、透明性、不可篡改性和可验证性。该系统基于 Hyperledger Fabric 构建，使用智能合约管理抽奖活动、参与者订阅及中奖抽取，所有数据均不可篡改地存储在分布式账本上，支持公众对结果的验证，降低了对中心化组织者的信任依赖。

ABSTRACT

We propose BlockLot, a blockchain based verifiable lottery. BlockLot provides transparent, immutable, fair, and verifiable lottery services enhanced by recent blockchain technologies such as append-only (replicated) distributed ledger and smart contract. In addition, BlockLot allows all participants to perform various verification to ensure that the system is actually working as expected. We implement BlockLot services which includes open, query, subscribe, and draw in smart contracts. We also develop webbased user interface for using the lottery services provided by BlockLot. The web interface allows the user to verify the lottery as well.

研究动机与目标

• 为解决传统中心化抽奖系统缺乏信任与透明度的问题，此类系统易受组织者或拥有特权访问权限的攻击者操纵。
• 设计一种去中心化的抽奖系统，通过区块链技术确保公平性、不可篡改性和可验证性。
• 使参与者和组织者能够独立利用公开可访问的区块链数据验证抽奖结果。
• 提供一种实用的、适合企业部署的可验证抽奖系统实现，采用许可型区块链与智能合约。
• 通过密码学问责机制，降低欺诈性抽奖行为带来的社会与经济成本。

提出的方法

• 使用比特币区块哈希作为密码学安全、不可预测的随机种子，用于中奖者选择，确保公平性。
• 采用许可型区块链（基于 Hyperledger Fabric）维护抽奖事件与参与者数据的防篡改、复制的账本。
• 使用 Go 语言实现智能合约（链码），管理核心抽奖操作：开启、查询、订阅、抽取、检查与验证。
• 集成比特币区块链 API，于抽奖注册时获取目标区块哈希，确保随机性可公开验证。
• 在参与者订阅时分配唯一的身份认证令牌，用于后续验证中奖状态。
• 提供基于 Web 的界面，供活动组织者注册抽奖，供参与者订阅、查询及验证结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于区块链的系统是否能通过确保可验证的公平性与不可篡改性，彻底消除对中心化抽奖组织者的信任？
• RQ2 如何从外部区块链（如比特币）可靠地获取一个公开、不可预测的随机种子，以确保抽奖结果的公平性？
• RQ3 在许可型区块链上，智能合约在多大程度上能够强制实现抽奖操作的透明性与不可篡改性？
• RQ4 参与者如何在不依赖可信第三方的情况下，独立验证中奖选择的正确性？
• RQ5 在许可型抽奖系统中，使用公共区块链作为随机信标存在哪些实际限制？

主要发现

• BlockLot 成功实现了可验证的抽奖系统，所有抽奖事件、参与者名单及结果均不可篡改地记录在 Hyperledger Fabric 区块链上。
• 使用比特币区块哈希作为随机种子，确保了不可预测性与公平性，因其具有密码学安全性且可公开验证。
• 所有抽奖操作——包括开启、订阅、抽取与验证——均由智能合约强制执行，消除了对单一可信实体的依赖。
• 参与者可利用区块链的公开账本及订阅时发放的身份认证令牌，独立验证中奖结果。
• 系统通过 GitHub 上完全可运行、公开可用的实现，证明了其实际可行性，并提供基于 Web 的用户交互界面。
• 尽管存在比特币 API 响应延迟等局限性，系统通过选择远期区块作为目标，有效降低了可预测性，从而缓解了相关风险。