基于Java语言构建区块链(一)—— 基本原型


引言

区块链技术是一项比人工智能更具革命性的技术,人工智能只是提高了人类的生产力,而区块链则将改变人类社会的生产关系,它将会颠覆我们人类社会现有的协作方式。了解和掌握区块链相关知识和技术,是我们每位开发人员必须要去做的事情,这样我们才能把握住这波时代趋势的红利。

本文将基于Java语言构建简化版的blockchain,来实现数字货币。

创建区块
区块链是由包含交易信息的区块从后向前有序链接起来的数据结构。区块被从后向前有序地链接在这个链条里,每个区块都指向前一个区块。以比特币为例,每个区块主要包含如下信息字段:

区块大小:用字节表示的区块数据大小
区块头:组成区块头的几个字段
区块头hash值
父区块头hash值
时间戳:区块产生的近似时间
Merkle根:该区块中交易的merkle树根的哈希值
难度目标:该区块工作量证明算法的难度目标
Nonce:用于工作量证明算法的计数器
交易计数器:交易的数量
交易:记录在区块里的交易信息
详见:《精通比特币》(第二版)第9章——区块链
区块数据结构

在这里,我们主要是为了实现最简单的区块链结构,仅仅包含以下几个信息字段:

/**

  • 区块
  • @author wangwei
  • @date 2018/02/02br/>*/
    @Data
    public class Block {

    /**

    • 区块hash值
      */
      private String hash;
      /**
    • 前一个区块的hash值
      */
      private String previousHash;
      /**
    • 区块数据
      */
      private String data;
      /**
    • 区块创建时间(单位: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;
    }
    }
    区块Hash值计算

加密Hash值,一个通过SHA256算法对区块头进行二次哈希计算而得到的数字指纹。Hash值用于确保blockchain的安全。Hash计算是计算敏感的操作,即使在高性能电脑也需要花费一段时间来完成计算(这也就是为什么人们购买高性能GPU进行比特币挖矿的原因)。blockchain架构设计有意使Hash计算变得困难,这样做是为了加大新增一个block的难度,进而防止block在增加后被随意修改。

/**

  • <p> 创建新区块 </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;
    }

/**

  • 计算区块Hash
  • <p>
  • 注意:在准备区块数据时,一定要从原始数据类型转化为byte[],不能直接从字符串进行转换
  • @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));
    }
    创建区块链
    区块链本质上是一种有序、反向链接链表的数据结构。这意味着,block按照插入的顺序存放,同时每个block都保存指向上一个block的链接。这种结构保证可以快速获取最新插入的block同时获取它的hash值。这种结构保证可以快速获取最新插入的block同时(高效地)获取它的hash值。

区块链数据结构

/**

  • <p> 区块链 </p>
  • @author wangwei
  • @date 2018/02/02
    */
    public class Blockchain {

    @Getter
    private List<Block> blockList;

    public Blockchain(List<Block> blockList) {
    this.blockList = blockList;
    }
    }
    添加区块

新增一个添加区块链的方法
/**

  • <p> 添加区块 </p>
  • @param data 数据
    */
    public void addBlock(String data) {
    Block previousBlock = blockList.get(blockList.size() - 1);
    this.addBlock(Block.newBlock(previousBlock.getHash(), data));
    }

/**

  • <p> 添加区块 </p>
  • @param block 区块
    */
    public void addBlock(Block block) {
    this.blockList.add(block);
    }
    创世区块

在添加区块之前,区块链必须有个创世区块,在Block中新增创世区块方法:
/**

  • <p> 创建创世区块 </p>
  • @return
    */
    public static Block newGenesisBlock() {
    return Block.newBlock("", "Genesis Block");
    }
    创建区块链

再在Blockchain中新增创建区块链的方法:
/**

  • <p> 创建区块链 </p>
  • @return
    */
    public static Blockchain newBlockchain() {
    List<Block> blocks = new LinkedList<>();
    blocks.add(Block.newGenesisBlock());
    return new Blockchain(blocks);
    }
    测试运行
    /**
  • 测试
  • @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();
    }

    }
    }

/**

  • 输出如下信息:
    */
    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
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总结
我们构建了一个非常简单的区块链原型:它只是一个块的数组,每个块都与前一个块有连接。 实际的区块链要复杂得多。

缺少交易信息:我们的区块链还没有任何交易信息。
缺少工作量证明:我们的生产区块非常简单快捷,实际的区块链中,生产一个区块需要进行大量的计算。
缺少共识机制:区块链是一个非单一决策者的分布式数据库。 因此,一个新的区块必须得到网络的其他参与者的确认和批
在以后的文章中,我们将介绍这些功能。

基于Java语言构建区块链(一)—— 基本原型

原文地址:http://blog.51cto.com/13634103/2090853

时间: 2024-10-23 19:08:36

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