[发明专利]一种基于工作量证明的计算装置及计算方法

说明书

一种基于工作量证明的计算装置，包括控制器和多个计算板；每一计算板包括多个级联的计算芯片，且第一级计算芯片与控制器连接；控制器，用于获取POW计算任务并发送至第一级计算芯片；POW计算任务包括第一固定值；第一级计算芯片，用于接收POW计算任务并转发至与其连接的后一级计算芯片；每一级计算芯片，分别预先配置有遍历地址，用于在接收到POW计算任务后，基于遍历地址进行计算，并基于遍历的计算结果和第一固定值进行计算。通过提高单个计算芯片的计算能力，以提高单台工作量证明的计算装置的计算能力，从而简化了对POW计算任务的计算过程，提高了单位时间的计算速度。

技术领域

本发明涉及计算装置，尤其涉及一种基于工作量证明的计算装置及计算方法。

背景技术

在计算机和互联网领域，工作量证明的一个典型应用例子是防止垃圾邮件的hashcash系统。hashcash的设计思路基于单向函数，即在一个方向上易于计算而反方向却难于计算的数学函数。hashcash让我向所有想给我发送电子邮件的人都分发一个标准质询，要求邮件发送者生成一个字符串，在它们的哈希值中有多个前导零。根据哈希算法(如SHA1、SHA256、SHA3)的一致性与加密强度，找出具有N个前导零的哈希值的惟一已知途径是平均2^N次的哈希计算。然而，要确认一个字符串的哈希值满足要求，只需要进行一次哈希计算即可。为了找到一个符合要求的字符串，发送者需要进行数百万次哈希计算，在CPU上运行该代码，需要一秒到数秒时间。对于正常发送邮件的使用者来说，这个时间是完全可以接受的；但是对于每天要发送数万封垃圾邮件的垃圾邮件系统而言，每发送一封垃圾邮件需要额外的几秒钟的时间，将是一个不小的负担。

工作量证明的另一个应用是区块链的POW共识机制。在区块链系统中，节点要竞争区块的记账权，需要把交易数据按照一定的格式组织起来，计算出交易数据的哈希值，然后和其它固定信息和随机信息一起组成最终的输入信息，用于计算哈希值，如果哈希值具有N个前导零，则认为该节点成功获得了该区块的记账权。hashcash和区块链的POW共识机制是相通的，只不过二者采用了不同的哈希算法而已。

当要求的哈希值的前导零非常多时，例如竞争比特币的记账权就需要至少70个前导零。这么大的计算量超出了任何一台计算机的计算能力，也超出了任何一台超级计算机的计算能力，甚至也超出了所有超级计算机的计算能力之和。如此巨大的计算能力，需要由数以亿计的专用ASIC芯片高效组织起来，共同完成这个计算任务。

目前哈希计算的组织方式虽然有巨大的进步，但是仍然有不足之处。随着单个芯片的计算能力的增长，以及单台POW计算装置的计算能力的大幅提升，原有的方式暴露出了严重的计算性能不足的问题。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种基于工作量证明的计算装置，简化工作量计算装置的配置，通过提高单个计算芯片的计算能力，以提高单台工作量证明的计算装置的计算能力，从而简化了对POW计算任务的计算过程，提高了单位时间的计算速度。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种基于工作量证明的计算装置，包括控制器和多个计算板；每一所述计算板包括多个级联的计算芯片，且第一级计算芯片与所述控制器连接；控制器，用于获取POW计算任务并发送至第一级计算芯片；所述POW计算任务包括第一固定值；第一级所述计算芯片，用于接收所述POW计算任务并转发至与其连接的后一级计算芯片；每一级所述计算芯片，分别预先配置有遍历地址，用于在接收到所述POW计算任务后，基于所述遍历地址进行计算，并基于遍历的计算结果和所述第一固定值进行计算。

进一步的，所述遍历地址至少包括：至少一个高位遍历地址段；所述控制器，用于基于每一级所述计算芯片的计算能力，对每一级所述计算芯片配置所述高位遍历地址段；所述每一级所述计算芯片的高位遍历地址段的分别设置有起始遍历位；每一级所述计算芯片，在接收到第一触发信号后，基于自身的所述高位遍历地址段从所述起始遍历位进行计算，得到第二固定值。