[发明专利]一种抗ASIC挖矿的工作量证明方法

说明书

本发明涉及一种抗ASIC挖矿的工作量证明方法，包括步骤1初始化工作存储器Memory；步骤2修改工作存储器Memory内容；步骤3根据工作存储器内容产生最后的结果；使用伪随机序列初始化工作存储器、修改工作存储器和根据工作存储器内容产生最后结果；本发明结合CPU、GPU、ASIC等体系结构的特点，设计针对CPU体系结构优化的工作量证明方法，使得该方法在CPU上可以较为高效工作，而在GPU、FPGA、ASIC上却难以高效实现，从而一方面平衡计算机设备性能上的差距；另一方面，可以使内置CPU的大量普通电脑能够参与工作量证明运算，从而减少能源消耗。

技术领域

本发明涉及区块域技术领域，为一种抗ASIC挖矿的工作量证明技术。

背景技术

工作量证明(Proof-of-Work，PoW)是一种对应服务与资源滥用、或是阻断服务攻击的经济对策。一般是要求用户进行一些耗时适当的复杂运算，并且答案能被服务方快速验算，以此耗用的时间、设备与能源做为担保成本，以确保服务与资源是被真正的需求所使用。工作量证明最常用的技术原理是散列函数。由于输入散列函数h()的任意值n，会对应到一个h(n)结果，而n只要变动一个比特，就会引起雪崩效应，所以几乎无法从h(n)反推回n，因此借由查找指定h(n)的特征值，让用户进行大量的穷举运算，就可以达成工作量证明。工作量证明最初用普通电脑CPU，然后再升级到GPU和定制化的FPGA设备，到现在基本上由非常强大的优化过的ASIC芯片所垄断。这个转变意味着，在采用工作量证明机制的区块链生态系统里的大部分个体已经无法参与到工作量证明即挖矿过程中了。带来的问题主要表现在两个方面：一是使用专业化硬件，参与门槛高，偏离了区块链的“分布式”特性，在区块链中，所有人都应该有机会参与工作量证明运算，促进网络的安全性。二是工作量证明运算中心化，违背区块链去中心化的理念。

发明内容

本发明的目标是设计一种在CPU上可以较为高效工作，但是在GPU、FPGA、ASIC上却难以高效实现的工作量证明方案。即设计一个单向函数H，满足y＝H(x)。H应满足的要求类似于散列函数，即单向性、雪崩性、随机性，其计算效率在CPU上较高，但是在GPU、FPGA、ASIC上难以发挥出性能。

为了防止GPU、FPGA、ASIC上的高效实现，H的设计需要满足以下特征，或者说要解决以下几个技术问题：(1)内存受限。需要较大空间的内存容量，而且对内存有大量的随机访问。考虑到CPU和GPU的cache容量差异，内存容量大约在1MB左右。(2)高度串行化。计算过程中基本没有可以并行执行的成分，必须严格按照串行执行；(3)大量的控制相关性。即H中需要执行比较多的条件分支指令，而且这些分支转移的概率均接近50％；(4)组合多种的散列函数。这主要是防止ASIC芯片中针对每种散列函数专门定制设计。如果是有很多种散列函数，将大幅度增加ASIC芯片的芯片面积。

本发明包括以下步骤：

方式1：初始化工作存储器Memory；

方式2：修改工作存储器Memory内容；

方式3：根据工作存储器内容产生最后的结果；

方式1中：设定单向函数族hi，其中0≤i≤15，共计16种不同的单向函数H；单向函数H＝{Hy＝H(x)}，其中y为256位，x为单向函数Hy＝H(x)的输入，y为单向函数Hy＝H(x)的输出；即每个单向函数H的输入固定为256位，其中h₀的输入可以是任意长度，输出固定为256位；

工作存储器Memory，总容量为|M|字节，|M|能被32整除，设置大小为1M；

伪随机函数发生器seed(uint48s)为设置随机数发生器的种子，rand()为随机数发生器的结果，返回48位无符号整数；