比特幣POW機理研究及其在散列函式分析中的套用

《比特幣POW機理研究及其在散列函式分析中的套用》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由謝濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：比特幣POW機理研究及其在散列函式分析中的套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：謝濤
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

比特幣具有分散式去中心、匿名、免費、安全及通用等優點，近幾年獲得了快速發展，模仿比特幣POW機理的密碼貨幣競相推出。針對51%攻擊以及維護全網運行日益增長的巨大能耗問題，本課題提出構建公平綠色的POW機制，從技術上使ASIC礦機不再有利；提出利用比特幣系統實現散列函式差分碰撞攻擊的POW機制。主要內容包括：（1）研究基於隨機幻方演化算法POW過濾機制，消除蠻力搜尋的技術條件；（2）研究幻方演化算法的均勻隨機性，設計線性POW難度調節方案，使比特幣系統僅依靠網路CPU運算維持，消除51%攻擊的技術條件；（3）研究利用比特幣系統免費解決sha1差分碰撞問題的POW機制，在維護系統正常運行前提下順便解決密碼分析問題；（4）研究問題求解與比特幣系統正常運行之間的平穩轉換機制以及實時POW難度調節方案，使問題求解不至影響系統正常運行。本課題旨在解決比特幣系統的公平性與環保性，提高網際網路能源利用效率。

結題摘要

區塊鏈具有去中心、匿名、不可篡改等特點，在證券交易、智慧型契約、物聯網、眾籌等領域具有廣泛的革命性套用。P2P網路拜占庭將軍問題是區塊鏈共識機制的基本問題。區塊鏈共識機制分為兩類：不基於加密貨幣激勵的分散式共識協定，基於加密貨幣激勵的工作量證明(PoW)與權益證明(PoS)協定。拜占庭容錯算法(BFT)僅適合聯盟或私有區塊鏈, PoS協定存在固有安全缺陷。PoW 共識機制以全網密碼散列算力作為代價，篡改區塊鏈記錄需要同樣代價，因此, PoW具有安全區塊鏈共識機制的必要條件。 密碼散列計算是底層計算，是發行加密貨幣必要的安全代價，但底層計算必然導致計算硬體的“軍備競賽”，通過 “礦力壟斷”產生“計算中心化”結果。本項目提出一種基於隨機幻方構造的區塊鏈工作量證明方法，採用隨機幻方構造算法生成投票約束隨機幻方取代區塊頭中投票隨機新數nonce，實現工作量證明過程的密碼散列值投票計算。上一區塊記錄隨機幻方決定當前區塊投票隨機幻方的約束條件，當前區塊記錄隨機幻方又決定下一區塊投票隨機幻方的約束條件，前後區塊投票隨機幻方的約束數字互不重疊，且不可預測。如果以10階隨機幻方構造工作量證明為例，經過測試，目前普通PC機每分鐘可以構造3000個左右無約束隨機幻方，固定一行或列的約束隨機幻方構造速度降至1/3，由當前區塊的投票隨機幻方構造過程猜測下一區塊的投票隨機幻方的關聯約束隨機數字的機率約為10-20。 通過構造前後區塊不可預測的關聯約束投票隨機幻方，工作量證明轉化為一個約束隨機幻方構造的NP難問題求解的智慧型計算過程。由於智慧型算法一般不適合ASIC實現，或者智慧型算法的ASIC實現與CPU程式實現在能效上沒有明顯可比優勢。現有隨機幻方構造智慧型算法與隨機或枚舉法的效率之比已達到1040以上，改進計算硬體與改進智慧型算法本身相比不具效能優勢。而且，智慧型算法效率越高,計算硬體效能優勢就越低。因此，可以實現理想的一CPU一票的區塊記錄投票權，防止純密碼散列計算的工作量證明方法所固有的“計算中心化”、51%攻擊與能源浪費，實現公平、安全、穩定、節能的綠色區塊鏈網路技術。