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引言
區塊鏈技術是一項比人工智慧更具革命性的技術，人工智慧只是提高了人類的生產力，而區塊鏈則將改變人類社會的生產關係，它將會顛覆我們人類社會現有的協作方式。瞭解和掌握區塊鏈相關知識和技術，是我們每位開發人員必須要去做的事情，這樣我們才能把握住這波時代趨勢的紅利。
本文將基於Java語言構建簡化版的blockchain，來實現數字貨幣。
建立區塊
區塊鏈是由包含交易資訊的區塊從後向前有序連結起來的資料結構。區塊被從後向前有序地連結在這個鏈條裡，每個區塊都指向前一個區塊。以比特幣為例，每個區塊主要包含如下資訊欄位：
- 區塊大小：用位元組表示的區塊資料大小
- 區塊頭：組成區塊頭的幾個欄位
- 區塊頭hash值
- 父區塊頭hash值
- 時間戳：區塊產生的近似時間
- Merkle根：該區塊中交易的merkle樹根的雜湊值
- 難度目標：該區塊工作量證明演算法的難度目標
- Nonce：用於工作量證明演算法的計數器
- 交易計數器：交易的數量
- 交易：記錄在區塊裡的交易資訊
詳見：《精通比特幣》（第二版）第9章——區塊鏈
區塊資料結構
在這裡，我們主要是為了實現最簡單的區塊鏈結構，僅僅包含以下幾個資訊欄位：
/**
* 區塊
*
* @author wangwei
* @date 2018/02/02
*/
@Data
public class Block {
/**
* 區塊hash值
*/
private String hash;
/**
* 前一個區塊的hash值
*/
private String previousHash;
/**
* 區塊資料
*/
private String data;
/**
* 區塊建立時間(單位:秒)
*/
private long timeStamp;
public Block() {
}
public Block(String hash, String previousHash, String data, long timeStamp) {
this();
this.hash = hash;
this.previousHash = previousHash;
this.data = data;
this.timeStamp = timeStamp;
}
}
複製程式碼區塊Hash值計算
加密Hash值，一個通過SHA256演算法對區塊頭進行二次雜湊計算而得到的數字指紋。Hash值用於確保blockchain的安全。Hash計算是計算敏感的操作，即使在高效能電腦也需要花費一段時間來完成計算(這也就是為什麼人們購買高效能GPU進行比特幣挖礦的原因)。blockchain架構設計有意使Hash計算變得困難，這樣做是為了加大新增一個block的難度，進而防止block在增加後被隨意修改。
/**
* <p> 建立新區塊 </p>
*
* @param previousHash
* @param data
* @return
*/
public static Block newBlock(String previousHash, String data) {
Block block = new Block("", previousHash, data.getBytes(), Instant.now().getEpochSecond());
block.setHash();
return block;
}
/**
* 計算區塊Hash
* <p>
* 注意：在準備區塊資料時，一定要從原始資料型別轉化為byte[]，不能直接從字串進行轉換
*
* @return
*/
private void setHash() {
byte[] prevBlockHashBytes = {};
if (StringUtils.isNoneBlank(this.getPrevBlockHash())) {
prevBlockHashBytes = new BigInteger(this.getPrevBlockHash(), 16).toByteArray();
}
byte[] headers = ByteUtils.merge(
prevBlockHashBytes,
this.getData().getBytes(),
ByteUtils.toBytes(this.getTimeStamp()));
this.setHash(DigestUtils.sha256Hex(headers));
}
複製程式碼建立區塊鏈
區塊鏈本質上是一種有序、反向連結連結串列的資料結構。這意味著，block按照插入的順序存放，同時每個block都儲存指向上一個block的連結。這種結構保證可以快速獲取最新插入的block同時獲取它的hash值。這種結構保證可以快速獲取最新插入的block同時（高效地）獲取它的hash值。
區塊鏈資料結構
/**
* <p> 區塊鏈 </p>
*
* @author wangwei
* @date 2018/02/02
*/
public class Blockchain {
@Getter
private List<Block> blockList;
public Blockchain(List<Block> blockList) {
this.blockList = blockList;
}
}
複製程式碼新增區塊
新增一個新增區塊鏈的方法
/**
* <p> 新增區塊 </p>
*
* @param data 資料
*/
public void addBlock(String data) {
Block previousBlock = blockList.get(blockList.size() - 1);
this.addBlock(Block.newBlock(previousBlock.getHash(), data));
}
/**
* <p> 新增區塊 </p>
*
* @param block 區塊
*/
public void addBlock(Block block) {
this.blockList.add(block);
}
複製程式碼創世區塊
在新增區塊之前，區塊鏈必須有個
創世區塊，在Block中新增創世區塊方法：
/**
* <p> 建立創世區塊 </p>
*
* @return
*/
public static Block newGenesisBlock() {
return Block.newBlock("", "Genesis Block");
}
複製程式碼建立區塊鏈
再在
Blockchain中新增建立區塊鏈的方法：
/**
* <p> 建立區塊鏈 </p>
*
* @return
*/
public static Blockchain newBlockchain() {
List<Block> blocks = new LinkedList<>();
blocks.add(Block.newGenesisBlock());
return new Blockchain(blocks);
}
複製程式碼測試執行
/**
* 測試
*
* @author wangwei
* @date 2018/02/05
*/
public class BlockchainTest {
public static void main(String[] args) {
Blockchain blockchain = Blockchain.newBlockchain();
blockchain.addBlock("Send 1 BTC to Ivan");
blockchain.addBlock("Send 2 more BTC to Ivan");
for (Block block : blockchain.getBlockList()) {
System.out.println("Prev. hash: " + block.getPreviousHash());
System.out.println("Data: " + block.getData());
System.out.println("Hash: " + block.getHash());
System.out.println();
}
}
}
/**
* 輸出如下資訊：
*/
Prev. hash:
Data: Genesis Block
Hash: 4492cb9d396a9a52e7ff17ef3782f022ddcdc7b2c276bc6dd3d448b0655eb3d4
Prev. hash: 4492cb9d396a9a52e7ff17ef3782f022ddcdc7b2c276bc6dd3d448b0655eb3d4
Data: Send 1 BTC to Ivan
Hash: cd716d59d98ad673035ab7035ece751718ea9842944a4743c298bebc0fe24c04
Prev. hash: cd716d59d98ad673035ab7035ece751718ea9842944a4743c298bebc0fe24c04
Data: Send 2 more BTC to Ivan
Hash: 42f78d6a86f88aa9b5b10e468494dfd1b3f558a9fb74a01eb348c2cbfc5d000a
複製程式碼總結
我們構建了一個非常簡單的區塊鏈原型：它只是一個塊的陣列，每個塊都與前一個塊有連線。 實際的區塊鏈要複雜得多。
- 缺少交易資訊：我們的區塊鏈還沒有任何交易資訊。
- 缺少工作量證明：我們的生產區塊非常簡單快捷，實際的區塊鏈中，生產一個區塊需要進行大量的計算。
- 缺少共識機制：區塊鏈是一個非單一決策者的分散式資料庫。 因此，一個新的區塊必須得到網路的其他參與者的確認和批
在以後的文章中，我們將介紹這些功能。
資料
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原始碼：https://github.com/wangweiX/blockchain-java/tree/part1-Basic_Prototype
-
https://jeiwan.cc/posts/building-blockchain-in-go-part-1/
