基于刚性内存的区块链协议改进

程穗，林宪正，俞能海

（1.中国科学技术大学网络空间安全学院，安徽 合肥 230001；2.中国科学院电磁空间信息重点实验室，安徽 合肥 230001）

1 引言

比特币是一种去中心化的电子加密“货币”[1]。作为一个账单系统，比特币不依赖于中央机构发行新币和维持交易，而是依赖分布式系统来维护交易列表，这个交易列表即区块链[2]。区块链是通过密码学方法生成的一串相关数据块。新区块始终链接到其前一个区块。因此，区块链是一种协议，当新区块被挖掘出来时，区块链的数据发生变化[3]。

在比特币系统中，所有用户都可以参与由工作量证明（PoW）协议维护的区块链[4-6]。PoW协议要求有效块的哈希值小于预定的阈值[7]。每个矿工通过调整哈希函数的输入值（在区块中称为nonce）进行有效区块的计算[8]。获取有效区块后，矿工将广播该区块到整个网络，其他矿工在验证该区块的有效性后停止当前高度的区块挖掘[9]。

在传统区块链中，除了创世区块外，每个区块的区块头均包含其父区块的哈希值。每个新区块的生成方式都是通过更改随机数，并不断计算其区块头的哈希值，直到其小于当前难度。因此，挖掘只是一个纯粹的计算过程。计算速度越快，挖掘出新区块的可能性越大。

普通的采矿设备经历了从PC到GPU和FPGA的多种变化，直到ASIC矿机出现。当前，比特币采矿市场已经被ASIC矿机所主导，并且无法通过使用其他采矿设备来营利[10]。ASIC矿机是致力于挖矿过程。但是，早期使用ASIC矿机存在一系列问题：