[發(fā)明專利]一種具有抗量子特性的區(qū)塊鏈工作量證明方法和系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110360170.0
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113139016A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周賽星;陳家輝
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F16/27
• 分類號: G06F16/27;G06F16/22;G06F17/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種具有抗量子特性的區(qū)塊鏈工作量證明方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S1：收集區(qū)塊鏈內(nèi)歷史區(qū)塊的數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前區(qū)塊的上一區(qū)塊的哈希值，利用當(dāng)前區(qū)塊的初始Nonce值和上一區(qū)塊的哈希值生成種子數(shù)；

S2：利用種子數(shù)生成隨機(jī)數(shù)序列，根據(jù)隨機(jī)數(shù)序列確定方程組參數(shù)；基于所述方程組參數(shù)，生成多元二次方程組；

S3：對多元二次方程組求解，獲得解輸出；

S4：基于多元二次方程組的解輸出，獲得該多元二次方程組的哈希函數(shù)；

S5：利用難度調(diào)整算法，根據(jù)區(qū)塊鏈歷史區(qū)塊的難度值，確定當(dāng)前區(qū)塊需要滿足的最小難度值；

S6：利用最小難度值計算多元二次方程組的哈希函數(shù)的解；

S7：驗證哈希函數(shù)的解是否滿足工作量證明條件；若不滿足，令初始Nonce值加1作為新的初始Nonce值代入步驟S1，重復(fù)步驟S1-S6，直到計算出的多元二次方程組的哈希函數(shù)的解滿足工作量證明條件；若滿足，將當(dāng)前Nonce值和解輸出打包到當(dāng)前區(qū)塊，將當(dāng)前區(qū)塊向區(qū)塊鏈中其他節(jié)點廣播；

S8：區(qū)塊鏈中其他節(jié)點收到廣播后，驗證當(dāng)前區(qū)塊包含的當(dāng)前Nonce值和解輸出是否滿足工作量證明，同時驗證交易的合法性；若均滿足，則將當(dāng)前區(qū)塊作為最新區(qū)塊鏈接到區(qū)塊鏈，否則拒絕當(dāng)前區(qū)塊上鏈。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗量子特性的區(qū)塊鏈工作量證明方法，其特征在于，所述S1中，歷史區(qū)塊的數(shù)據(jù)包括每個區(qū)塊的時間戳、Nonce值、工作量證明方程組解、版本、Merkele樹根、難度值、哈希值、交易腳本和交易簽名；所述時間戳、Nonce值、工作量證明方程組解、版本、Merkele樹根、難度值和哈希值被記錄于區(qū)塊的區(qū)塊頭，所述交易腳本和交易簽名被記錄于區(qū)塊的區(qū)塊體。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有抗量子特性的區(qū)塊鏈工作量證明方法，其特征在于，所述S2中，生成多元二次方程組的具體方法為：

設(shè)定變量數(shù)為n，方程數(shù)為m，生成的隨機(jī)數(shù)序列包含的隨機(jī)數(shù)個數(shù)為n²/2×m+n×m+m+m，為使方程組有唯一解，令m＝n，則隨機(jī)數(shù)個數(shù)為n³/2+(n+2)×n，生成的方程組為：

其中，x_i表示第i個需要求解的變量向量，i＝1，…，n；x_j表示第j個需要求解的變量向量，j＝1，…，n；c^k、d^k為對應(yīng)的多元二次方程組參數(shù)，i＝1，…，n，j＝1，…，n，k＝1，…，m。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有抗量子特性的區(qū)塊鏈工作量證明方法，其特征在于，所述S3中，利用基于Grobner基的F4、F5求解算法對多元二次方程組求解。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有抗量子特性的區(qū)塊鏈工作量證明方法，其特征在于，所述S7中，驗證哈希函數(shù)的解是否滿足工作量證明條件具體方法為：設(shè)定當(dāng)前區(qū)塊需要滿足的最小工作量對應(yīng)的哈希值PowLimit，比較哈希函數(shù)的解Sha256(x₁，x₂，…，x_n)與PowLimit/D的大小，若Sha256(x₁，x₂，…，x_n)≤PowLimit/D，則Sha256(x₁，x₂，…，x_n)滿足工作量證明條件；若Sha256(x₁，x₂，…，x_n)＞PowLimit/D，則Sha256(x₁，x₂，…，x_n)不滿足工作量證明條件。