[发明专利]一种基于随机幻方构造的区块链工作量证明方法

说明书

本发明公开一种基于随机幻方构造的区块链工作量证明方法，采用随机幻方构造算法生成投票约束随机幻方取代区块头中投票随机新数nonce，实现工作量证明过程的密码散列值投票计算。上一区块记录随机幻方决定当前区块投票随机幻方的约束条件，当前区块记录随机幻方又决定下一区块投票随机幻方的约束条件，前后区块投票随机幻方的约束数字互不重叠，且不可预测。通过构造前后区块之间具有不可预测的关联约束条件的投票随机幻方，将工作量证明转化为一个约束随机幻方构造NPC问题求解的计算过程，可以实现理想的一CPU一票的区块记录投票权，防止纯密码散列函数计算的工作量证明方法所固有的“计算中心化”、51％攻击与能源浪费，实现公平、安全、稳定、节能的绿色区块链网络技术。

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，特别涉及一种基于随机幻方构造的区块链工作量证明方法。

背景技术

区块链作为比特币的基础技术，具有去中心化、去中间人、去信任、匿名、开放、可追溯、分布式与不可篡改等特点，在智能合约、证券交易、电子商务、物联网、社交通讯、文件存储、存在性证明、身份验证、股权众筹等领域具有广泛的革命性应用。区块链网络的安全稳定运行必须解决P2P网络拜占庭将军问题(Byzantine Generals Problem)，即在缺乏可信第三方中心节点的条件下，如何在分布式节点之间达成共识形成互信。目前，区块链共识机制分为两类：工作量证明(Proof of Work,PoW)与权益证明(Proof of Stake,PoS)，其中权益证明又发展为委任权益证明(Delegated Proof of Stake，DPOS)。

尽管PoS共识机制可以解决区块链记录共识机制的能源问题，区块链因而可能成为一种绿色环保的去中心化系统，但在网络安全方面，PoS机制存在固有的缺陷。大部分PoS机制的问题源于该协议只考虑本身区块链上所有交易数据，没有一个类似PoW系统中为解决复杂密码学难题必须投入算力的真实外部物理点作为区块链的定锚。因此，直觉上PoS机制比较容易遭受攻击。此外，实用拜占庭容错算法(PBFT)只在IBM HyperLedger fabric私有区块链中采用，不能在公有链中得到扩展应用。

PoW共识机制具有真实的外部物理点作为区块链记录的安全定锚，即为解决复杂密码学难题必须投入足够的算力。PoW区块链共识记录以全网算力作为代价，攻击者对区块链的篡改也需要同样的代价，因此，工作量证明机制(PoW)具有安全区块链共识机制的必要条件。密码散列计算是计算世界中的底层计算，是基于区块链的加密数字货币的物质基础，但密码散列计算的底层计算特点必然导致计算设备的“军备竞赛”，通过“矿力垄断”产生事实上的“计算中心化”，违背“去中心化”的区块链网络设计目标。

发明内容

为了解决现有区块链网络共识机制中工作量证明方法存在的安全问题，本发明提出一种安全性好的基于随机幻方构造的区块链工作量证明方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种基于随机幻方构造的区块链工作量证明方法其步骤如下：用随机幻方构造算法生成投票随机幻方取代区块头中用来进行工作量证明的投票随机新数nonce，实现区块链工作量证明过程的密码散列值投票计算。

上述基于随机幻方构造的区块链工作量证明方法中，所述投票随机幻方为部分位置数字预先设定为一已知随机幻方的相应位置数字，并作为投票随机幻方的约束数字。

上述基于随机幻方构造的区块链工作量证明方法中，相邻区块的投票随机幻方构造实现部分位置数字相互关联约束，即当前区块的投票随机幻方的约束位置数字由上一区块的记录随机幻方所确定，当前区块的记录随机幻方又作为下一区块投票随机幻方的约束位置数字，但前后区块投票随机幻方的约束数字位置互不重叠。

上述基于随机幻方构造的区块链工作量证明方法中，所述投票随机幻方的约束数字为单行、单列、选多行、多列、中心方阵数字或上下左右四周数字，或选前后相邻两区块投票随机幻方中互不重叠的任意两部分数字。