[发明专利]用Sun算法在8位机上实现提高区块链吞吐量的方法

说明书

本发明提供了一种用Sun算法在8位机上实现提高区块链吞吐量的方法。本发明对Sun的算法进行了扩展，相较于Sun的原始算法，本发明在不影响效率的情况下对输入可选取的范围进行了扩展，并使其能够在8位机上运行并适应2048位输入a和模数M。通过在8位超导集成电路上运行Sun算法，本发明可以加快领导者选举中VDF的运行效率，提高区块链的吞吐量。

技术领域

本发明涉及一种用Sun的低延时模平方算法在8位机上的实现提高区块链吞吐量的方法。

背景技术

在区块链共识协议中，领导者选举(leader election)被用于决定每一轮的出块权和出块奖励归属，一度以工作量证明(PoW)方案进行。由于PoW方案需要消耗大量的计算资源并带来环境污染，领导者选举正由PoW方案向空间证明(PoSpace)与可验证延迟函数(VDF)相结合的新方案过渡。使用新方案的区块链节能环保，然而其吞吐量严重依赖于VDF的效率。为此，加快VDF的计算速度是提高新方案区块链吞吐能力的关键。

VDF是一种计算过程无法并行，计算结果可以快速公开验证的数学函数。目前应用最为广泛的VDF基于模指数运算：其中，a表示输入；T表示指数；mod表示模运算；M表示模数，是两个大素数的乘积，其素因子分解保持私有。

目前文献中计算上述VDF的最佳算法通过T次模M的平方运算实现。低延时的模平方运算是加速VDF计算的主要途径。对于1024位的输入a和模数M，Sun使用中国剩余定理提高了单次模平方运算的并行化程度，给出了一种有效的适用于32位机和64位机的低延时模平方算法，效率远优于传统的Montgomery算法等模平方算法。

VDF具有抗并行性，其计算速度与参与计算的机器数量无关，仅与机器本身的运行速度相关。

量子计算具有运行速度更快、处置信息能力更强、应用范围更广的优点，已成为世界各国对技术高地争夺的焦点之一。以低延时、低功耗为显著特点的超导集成电路在量子计算机的研发中占据着重要地位，在美国和日本已有近50年的发展历史。受此影响，我国在超导集成电路的研发方面也已全面布局。在超导集成电路发展的初级阶段，受超导集成工艺限制，实现低至8位的算术运算是重要的阶段性成果。在8位超导集成电路上实现VDF计算不但有利于充分测试电路建造的工艺水平，而且可以揭示电路大规模应用的潜力。在8位超导集成电路上进行VDF计算的关键一步就是给出上述模平方算法的8位机实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的Sun算法仅能处理1024位的输入a和模数M，且数字精度不高，无法实现2048位大整数的模平方运算，Sun的原始算法无法适用于8位机，制约了区块链的吞吐量。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种用Sun算法在8位机上实现提高区块链吞吐量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、区块链上的每个矿工从各自所拥有的若干个空间中生成空间证明；一个空间对应一个空间证明，矿工的空间证明数量等于矿工所拥有的空间数量；

步骤2、每个矿工将各自的空间证明输入统一的哈希函数H(·)计算分别得到每个空间证明对应的哈希值；

步骤3、每个矿工从所拥有的空间证明的哈希值中取最小值作为VDF运算中的参数T，每个矿工独自进行VDF运算，即独自计算任意一个矿工独自计算包括以下步骤：

步骤301、预处理，包括以下步骤：

步骤3011、生成B个取值范围在[1,2^L-1]的两两互质的基底m₁,…,m_B，其中，B、L均为预先设定的经验常数；

步骤3012、计算n×n的矩阵A，矩阵A中第i行第j列的元素A_i,j表示为：