PHP 建立區塊鏈

AR414發表於2020-05-19

PHP區塊鏈

前話

瞭解區塊鏈基礎運作

什麼是區塊鏈？

區塊鏈是一個不可變的、有序的被稱為塊的記錄鏈。它們可以包含交易、檔案或任何您喜歡的資料。但重要的是，他們用雜湊一起被連結在一起

需要準備什麼？

php5.6+

1、Block 區塊

塊是什麼樣的？

每個塊都有一個索引，一個時間戳（Unix時間戳），一個事務列表，一個校驗(工作證明演算法生成的證明)和前一個塊的雜湊。

block = {
    'index': 2,
    'timestamp': 1506057125,
    'transactions': [
        {
            'sender': "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00",
            'recipient': "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f",
            'amount': 5,
        }
    ],  
    'proof': 324984774000,
    'previous_hash': "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"
}

在這一點上，一個區塊鏈的概念應該是明顯的 - 每個新塊都包含在其內的前一個塊的雜湊。這是至關重要的，因為這是區塊鏈不可改變的原因：如果攻擊者損壞區塊鏈中較早的塊，則所有後續塊將包含不正確的雜湊值。

新建一個Block類，區塊鏈由N個區塊組成，在區塊鏈裡，價值資訊儲存在區塊之中。比如，比特幣的區塊儲存交易記錄，而交易記錄是任何加密貨幣的核心。除此之外，區塊裡還包含有技術資訊，比如它的版本號，當前的時間戳，以及上一個區塊的雜湊（Hash）。

<?php
/**
 * Created by PhpStorm.
 * User: ar414.com@gmail.com
 * Date: 2020/2/2
 * Time: 18:42
 */

class Block
{
    /**
     * @var integer 索引
     */
    private $index;

    /**
     * @var integer 時間戳
     */
    private $timestamp;

    /**
     * @var array 事務列表
     */
    private $transactions;

    /**
     * @var string 上一塊的雜湊值
     */
    private $previousHash;

    /**
     * @var integer 由工作證明演算法生成的證明
     */
    private $proof;

    /**
     * @var string 當前塊的雜湊值
     */
    private $hash;

    /**
     * 透過呼叫方法返回新生成塊的雜湊
     * 防止外界改動
     * @return string
     */
    public function getHash()
    {
        return $this->hash;
    }

    public function __construct($index,$timestamp,$transactions,$previousHash,$proof)
    {
        $this->index        = $index;
        $this->timestamp    = $timestamp;
        $this->transactions = $transactions;
        $this->previousHash = $previousHash;
        $this->proof        = $proof;
        $this->hash         = $this->blockHash();
    }

    /**
     * 當前塊簽名
     * @return string
     */
    private function blockHash()
    {
        //我們必須確保這個字典（區塊）是經過排序的，否則我們將會得到不一致的雜湊值
        $blockArray = [
            'index' => $this->index,
            'timestamp' => $this->timestamp,
            'transactions' => $this->transactions,
            'proof'        => $this->proof,
            'previous_hash' => $this->previousHash
        ];
        $blockString = json_encode($blockArray);
        return hash('sha256',$blockString);
    }
}

index是當前塊的索引
timestamp是當前塊的生成時間
transactions是當前塊的交易事務列表（有多個或一個交易）
previousHash是上一個區塊的簽名雜湊
hash是當前區塊的簽名雜湊
proof是當前區塊的礦工工作量證明
proof
使用工作量證明（PoW）演算法，來證明是如何在區塊鏈上建立或挖掘新的區塊。PoW 的目標是計算出一個符合特定條件的數字，這個數字對於所有人而言必須在計算上非常困難，但易於驗證。這是工作證明背後的核心思想。

在比特幣中，工作量證明演算法被稱為 Hashcash ，它和上面的問題很相似，只不過計算難度非常大。這就是礦工們為了爭奪建立區塊的權利而爭相計算的問題。通常，計算難度與目標字串需要滿足的特定字元的數量成正比，礦工算出結果後，就會獲得一定數量的比特幣獎勵（透過交易）

2、建立一個區塊鏈

我們要建立一個Blockchain類，他的建構函式建立了一個初始化的空列表（要儲存我們的區塊鏈）並且建立世紀快，以及初始化了事務列表。下面是我們這個類的例項:

Step 1：初始化區塊列表並且建立創世塊

    /**
     * @var array 區塊列表
     */
    private $chain;

    /**
     * @var array 交易事務列表
     */
    private $currentTransactions;

    public function __construct()
    {
        $this->chain = [$this->createGenesisBlock()];
        $this->currentTransactions = [];
    }

     /**
     * 建立創世塊
     * @return array
     */
    private function createGenesisBlock()
    {
        $block = [
            'index' => 1,
            'timestamp' => time(),
            'transactions' => [

            ],
            'proof' => 100,
            'previous_hash' => '0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000',//參考BTC的第一個創世塊
        ];
        $block['hash'] = (new Block($block['index'],$block['timestamp'],$block['transactions'],$block['previous_hash'],$block['proof']))->getHash();
        return $block;
    }

Step 2：新增交易事務

建立一筆新的交易到交易事務列表中等待新區塊打包,每次生成新區塊後清空列表

    /**
      * 新增交易事務
      * @param $senderPrivateKey
      * @param $senderAddress
      * @param $recipientAddress
      * @param $amount
      * @return bool
      */
     public function createTransaction($senderPrivateKey,$senderAddress,$recipientAddress,$amount)
     {
         $row = [
             'from'   => $senderAddress,
             'to'     => $recipientAddress,
             'amount' => $amount,
             'timestamp' => time()
         ];
         //TODO 私鑰簽名（就像支票簽名）
         //TODO 區塊鏈節點可以用傳送者的簽名來推匯出公鑰，再透過公鑰驗籤並對比資料
         $this->currentTransactions[] = $row;
         return true;
     }

Step 3：建立新區塊

當前示例建立新區快操作只能由挖礦成功的礦工操作，挖礦講解在Step4

    /**
     * 增加新區塊
     * @param int $proof
     * @return bool
     */
    public function addBlock(int $proof)
    {
        //上一個區塊的資訊
        $preBlockInfo = $this->chain[count($this->chain)-1];
        //驗證工作證明
        if($this->checkProof($proof,$preBlockInfo['proof']) == false){
            return false;
        }
        //TODO 獎勵礦工（在交易事務中）
        $block = [
            'index'        => count($this->chain) + 1,
            'timestamp'    => time(),
            'transactions' => $this->currentTransactions,
            'proof'        => $proof,
            'previous_hash' => $preBlockInfo['hash'],
            'hash'         => ''
        ];
        $block['hash'] = (new Block($block['index'],$block['timestamp'],$block['transactions'],$block['previous_hash'],$block['proof']))->getHash();
        //新增區塊
        $this->chain[] = $block;
        //重置交易事務
        $this->currentTransactions = [];
        return true;
    }

        /**
         * 校驗算力
         * @param string $proof
         * @param string $preProof
         * @return bool
         */
        private function checkProof(string $proof,string $preProof)
        {
            $string = $proof.$preProof;
            $hash   = hash('sha256',$string);
            if(substr($hash,0,4) == '0000'){
                return true;
            }else{
                return false;
            }
        }

ar414

Step 4：挖礦

挖礦正是神奇所在，它很簡單，做了一下三件事：

計算工作量證明 PoW
透過新增一個交易授予礦工（自己）一個幣
構造新區塊並將其新增到鏈中

讓我們來實現一個相似 PoW 演算法

找到一個數字 P ，使得它與前一個區塊的 Proof 拼接成的字串的 Hash 值以 4 個零開頭。

    /**
     * 挖礦
     * @return void
     */
    public function mine()
    {
//        while (true)
//        {
            $proof = 0;
            //最新區塊
            $blockInfo = $this->chain[count($this->chain)-1];
            $preProof  = $blockInfo['proof'];
            while (true)
            {
                $string = $proof.$preProof;
                $hash   = hash('sha256',$string);
                if(substr($hash,0,4) == '0000'){
                    //增加新區塊
                    $this->addBlock($proof);
                    break;
                }
                $proof++;
            }

//        }
    }

Step 5：執行測試

$blockChainObj = new Blockchain();

//增加事務
$blockChainObj->createTransaction('','8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00',
    'a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f',1);

//開啟挖礦（挖到則生成新區塊）
$blockChainObj->mine();

//檢視當前區塊列表
$blockList = $blockChainObj->getChainList();
var_dump($blockList);

//結果：
$ php Blockchain.php
array(2) {
  [0]=>
  array(6) {
    ["index"]=>
    int(1)
    ["timestamp"]=>
    int(1580717292)
    ["transactions"]=>
    array(0) {
    }
    ["proof"]=>
    int(100)
    ["previous_hash"]=>
    string(64) "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
    ["hash"]=>
    string(64) "567b2848f3ff87a614b3ba5ddc13389d4d7440699b1857935412561721d86d05"
  }
  [1]=>
  array(6) {
    ["index"]=>
    int(2)
    ["timestamp"]=>
    int(1580717292)
    ["transactions"]=>
    array(1) {
      [0]=>
      array(4) {
        ["from"]=>
        string(32) "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00"
        ["to"]=>
        string(32) "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f"
        ["amount"]=>
        int(1)
        ["timestamp"]=>
        int(1580717292)
      }
    }
    ["proof"]=>
    int(28)
    ["previous_hash"]=>
    string(64) "567b2848f3ff87a614b3ba5ddc13389d4d7440699b1857935412561721d86d05"
    ["hash"]=>
    string(64) "3a599c88ddd60fb25605df33d33b19252117c3d7d0e70c66dbc45ed81ab295a9"
  }
}

Setp6：完整程式碼ar414-com/phpblock

本作品採用《CC 協議》，轉載必須註明作者和本文連結

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