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區(qū)塊鏈?zhǔn)悄壳白顭衢T的話題，廣大讀者都聽說過比特幣，或許還有智能合約，相信大家都非常想了解這一切是如何工作的。這篇文章就是幫助你使用 Java 語言來實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈，用不到 120 行代碼來揭示區(qū)塊鏈的原理！
成都創(chuàng)新互聯(lián)是一家成都網(wǎng)站設(shè)計(jì)、成都做網(wǎng)站，提供網(wǎng)頁設(shè)計(jì)，網(wǎng)站設(shè)計(jì)，網(wǎng)站制作，建網(wǎng)站，按需開發(fā)網(wǎng)站，網(wǎng)站開發(fā)公司，于2013年創(chuàng)立是互聯(lián)行業(yè)建設(shè)者，服務(wù)者。以提升客戶品牌價(jià)值為核心業(yè)務(wù)，全程參與項(xiàng)目的網(wǎng)站策劃設(shè)計(jì)制作，前端開發(fā)，后臺(tái)程序制作以及后期項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)并提出專業(yè)建議和思路。
“用不到120行 Java 代碼就能實(shí)現(xiàn)一個(gè)自己的區(qū)塊鏈！” 聽起來不可思議吧？有什么能比開發(fā)一個(gè)自己的區(qū)塊鏈更好的學(xué)習(xí)實(shí)踐方法呢？那我們就一起來實(shí)踐下！
因?yàn)槲覀兪且患覐氖禄ヂ?lián)網(wǎng)金融的科技公司，所以我們采用虛擬資產(chǎn)金額作為這篇文章中的示例數(shù)據(jù)。大家可以先為自己想一個(gè)數(shù)字，后面我們會(huì)用到。
通過本文，你將可以做到：
1、創(chuàng)建自己的區(qū)塊鏈
2、理解 hash 函數(shù)是如何保持區(qū)塊鏈的完整性的
3、如何創(chuàng)造并添加新的塊
4、多個(gè)節(jié)點(diǎn)如何競(jìng)爭(zhēng)生成塊
5、通過瀏覽器來查看整個(gè)鏈
6、所有其他關(guān)于區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)知識(shí)
但是，對(duì)于比如工作量證明算法（PoW）以及權(quán)益證明算法（PoS）這類的共識(shí)算法文章中將不會(huì)涉及。
同時(shí)為了讓你更清楚得查看區(qū)塊鏈以及塊的添加，我們將網(wǎng)絡(luò)交互的過程簡(jiǎn)化了，關(guān)于 P2P 網(wǎng)絡(luò)比如“對(duì)等網(wǎng)絡(luò)”等內(nèi)容將在將來的文章中講解。
讓我們開始吧！
設(shè)置
我們假設(shè)你已經(jīng)具備一點(diǎn) Java 語言的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以及maven項(xiàng)目構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)。在安裝和配置 Java 開發(fā)環(huán)境后之后，我們新建maven項(xiàng)目，在pom中增加一些依賴：
com.sparkjava spark-core ${spark.version}
Spark-web Framework是一個(gè)基于jetty的超小型框架，我們用它來寫http訪問的請(qǐng)求處理。
commons-codec commons-codec ${commons.codec.version}
這個(gè)通用包擁有幾乎所有加解密算法及常規(guī)操作
com.google.code.gson gson 2.8.2
Google的json包，當(dāng)然你可以使用你喜歡的其他json包。
***，增加log相關(guān)的包
log4j log4j ${log4j.version} org.slf4j slf4j-api ${slf4j.version} org.slf4j slf4j-log4j12 ${slf4j.version}
相關(guān)版本屬性設(shè)置
1.9 2.6.0 1.6.6 1.2.17 2.8.2
接下來，我們創(chuàng)建一個(gè) SparkWeb.java文件。之后我們的大部分工作都圍繞這個(gè)文件，讓我開始編碼吧！
數(shù)據(jù)模型
我們來定義一個(gè)Block類，它代表組成區(qū)塊鏈的每一個(gè)塊的數(shù)據(jù)模型：
- public class Block {
- /**是這個(gè)塊在整個(gè)鏈中的位置*/
- private int index;
- /**顯而易見就是塊生成時(shí)的時(shí)間戳*/
- private String timestamp;
- /**虛擬資產(chǎn)。我們要記錄的數(shù)據(jù)*/
- private int vac;
- /**是這個(gè)塊通過 SHA256 算法生成的散列值*/
- private String hash;
- /**指向前一個(gè)塊的 SHA256 散列值*/
- private String prevHash;
- /** getters and setters**/
- }
接著，我們?cè)俣x一個(gè)結(jié)構(gòu)表示整個(gè)鏈，最簡(jiǎn)單的表示形式就是一個(gè) Block 的 順序表：
- ArrayList
blockChain
我們使用散列算法（SHA256）來確定和維護(hù)鏈中塊和塊正確的順序，確保每一個(gè)塊的 PrevHash 值等于前一個(gè)塊中的 Hash 值，這樣就以正確的塊順序構(gòu)建出鏈：
[ index:0| hash:"xxxw"| preHash:""] - [ index:1| hash:"xxxx"| preHash:"xxxw"] - [ index2| hash:"xxxy"| preHash:"xxxx"]
散列和生成塊
我們?yōu)槭裁葱枰⒘?？主要是兩個(gè)原因：
1、在節(jié)省空間的前提下去唯一標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)。散列是用整個(gè)塊的數(shù)據(jù)計(jì)算得出，在我們的例子中，將整個(gè)塊的數(shù)據(jù)通過 SHA256 計(jì)算成一個(gè)定長(zhǎng)不可偽造的字符串。
2、維持鏈的完整性。通過存儲(chǔ)前一個(gè)塊的散列值，我們就能夠確保每個(gè)塊在鏈中的正確順序。任何對(duì)數(shù)據(jù)的篡改都將改變散列值，同時(shí)也就破壞了鏈。以我們從事的醫(yī)療健康領(lǐng)域?yàn)槔?，比如有一個(gè)惡意的第三方為了調(diào)整“人壽險(xiǎn)”的價(jià)格，而修改了一個(gè)或若干個(gè)塊中的代表不健康的 VAC 值，那么整個(gè)鏈都變得不可信了。
我們接著寫一個(gè)函數(shù)，用來計(jì)算給定的數(shù)據(jù)的 SHA256 散列值：
- public static String calculateHash(Block block) {
- String record = (block.getIndex()) + block.getTimestamp() + (block.getVac()) + block.getPrevHash();
- return SHA256.crypt(record);
- }
接下來我們就能得到一個(gè)生成塊的函數(shù)：
- public static Block generateBlock(Block oldBlock, int vac) {
- Block newnewBlock = new Block();
- newBlock.setIndex(oldBlock.getIndex() + 1);
- newBlock.setTimestamp(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
- newBlock.setVac(vac);
- newBlock.setPrevHash(oldBlock.getHash());
- newBlock.setHash(calculateHash(newBlock));
- return newBlock;
- }
其中，Index 是從給定的前一塊的 Index 遞增得出，時(shí)間戳是直接通過 new Date() 函數(shù)來獲得的，Hash 值通過前面的 calculateHash 函數(shù)計(jì)算得出，PrevHash 則是給定的前一個(gè)塊的 Hash 值。
校驗(yàn)塊
搞定了塊的生成，接下來我們需要有函數(shù)幫我們判斷一個(gè)塊是否有被篡改。檢查 Index 來看這個(gè)塊是否正確得遞增，檢查 PrevHash 與前一個(gè)塊的 Hash 是否一致，再來通過 calculateHash 檢查當(dāng)前塊的 Hash 值是否正確。通過這幾步我們就能寫出一個(gè)校驗(yàn)函數(shù)：
- public static boolean isBlockValid(Block newBlock, Block oldBlock) {
- if (oldBlock.getIndex() + 1 != newBlock.getIndex()) {
- return false;
- }
- if (!oldBlock.getHash().equals(newBlock.getPrevHash())) {
- return false;
- }
- if (!calculateHash(newBlock).equals(newBlock.getHash())) {
- return false;
- }
- return true;
- }
除了校驗(yàn)塊以外，我們還會(huì)遇到一個(gè)問題：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都生成塊并添加到各自的鏈上，那我們應(yīng)該以誰為準(zhǔn)？這里的細(xì)節(jié)我們留到下一篇文章，這里先讓我們記住一個(gè)原則：始終選擇最長(zhǎng)的鏈。
[block 1] -> [block 2] -> [block 3] -> [block 4] -> [block 5] -> 認(rèn)可
[block 1] -> [block 2] -> [block 3] -> [block 4] -> 丟棄
通常來說，更長(zhǎng)的鏈表示它的數(shù)據(jù)（狀態(tài)）是更加新的，所以我們需要一個(gè)函數(shù)能幫我們將本地的過期的鏈切換成***的鏈：
- public void replaceChain(ArrayList
newBlocks) { - if (newBlocks.size() > blockChain.size()) {
- blockChain = newBlocks;
- }
- }
到這一步，我們基本就把所有重要的函數(shù)完成了。接下來，我們需要一個(gè)方便直觀的方式來查看我們的鏈，包括數(shù)據(jù)及狀態(tài)。通過瀏覽器查看 web 頁面可能是最合適的方式。
Web 服務(wù)
我猜你一定對(duì)傳統(tǒng)的 web 服務(wù)及開發(fā)非常熟悉，所以這部分你肯定一看就會(huì)。
借助 Spark Web Framework，來完成我們的 web 服務(wù)，代碼如下：
- public static void main(String[] args) {
- // port(5678); //默認(rèn)端口是4567，你可以設(shè)置別的端口
- }
OK，完成，對(duì)，你沒看錯(cuò)，就是一個(gè)空的main方法，就可以了。
接下來我們定義不同 endpoint 以及對(duì)應(yīng)的 handler。例如，對(duì)“/”的 GET 請(qǐng)求我們可以查看整個(gè)鏈，對(duì)“/”的 POST 請(qǐng)求可以創(chuàng)建一個(gè)新的塊。
GET 請(qǐng)求的 handler：
- get("/", (q, a) ->{return gson.toJson(blockChain)});
為了簡(jiǎn)化，我們直接以 JSON 格式返回整個(gè)鏈，你可以在瀏覽器中訪問 localhost:4567 或者 127.0.0.1:4567 來查看
POST 請(qǐng)求的 handler 稍微有些復(fù)雜，我們先來定義一下 POST 請(qǐng)求的 payload：
- public class Message {
- private int vac;
- //getters and setters
- }
再看看 handler 的實(shí)現(xiàn)：
- post("/", (q, a) -> {
- String body = request.body();
- Message m = gson.fromJson(body, Message.class);
- if (m == null) {
- return "vac is NULL";
- }
- int vac = m.getVac();
- Block lastBlock = blockChain.get(blockChain.size() - 1);
- Block newBlock = generateBlock(lastBlock, vac);
- if (isBlockValid(newBlock, lastBlock)) {
- blockChain.add(newBlock);
- LOGGER.debug(gson.toJson(blockChain));
- } else {
- return "HTTP 500: Invalid Block Error";
- }
- return "success!";
- });
我們的 POST 請(qǐng)求體中可以使用上面定義的 payload，比如：
{"vac":7500}
還記得前面我們寫的 generateBlock 這個(gè)函數(shù)嗎？它接受一個(gè)“前一個(gè)塊”參數(shù)，和一個(gè) VAC 值。POST handler 接受請(qǐng)求后就能獲得請(qǐng)求體中的 VAC 值，接著借助生成塊的函數(shù)以及校驗(yàn)塊的函數(shù)就能生成一個(gè)新的塊了！
除此之外，你也可以：
1、使用new GsonBuilder().setPrettyPrinting().create()這個(gè)函數(shù)可以以非常美觀和方便閱讀的方式將數(shù)據(jù)json化打印在控制臺(tái)里，方便調(diào)試。
2、測(cè)試 POST 請(qǐng)求時(shí)，可以使用 POSTMAN 這個(gè) chrome 插件，相比 curl它更直觀和方便。也可以使用RESTClient這個(gè)FireFox插件。
快要大功告成了
接下來，我們把這些關(guān)于區(qū)塊鏈的函數(shù)，web 服務(wù)的函數(shù)“組裝”起來：最重要的是，我們需要產(chǎn)生***個(gè)塊（創(chuàng)世塊），來作為區(qū)塊鏈的頭。
- //創(chuàng)世塊
- Block genesisBlock = new Block();
- genesisBlock.setIndex(0);
- genesisBlock.setTimestamp(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
- genesisBlock.setVac(0);
- genesisBlock.setPrevHash("");
- genesisBlock.setHash(calculateHash(genesisBlock));
- blockChain.add(genesisBlock);
這里的 genesisBlock （創(chuàng)世塊）是 main 函數(shù)中最重要的部分，通過它來初始化區(qū)塊鏈，畢竟要有一個(gè)開始，***個(gè)塊的 PrevHash 是空的。
哦耶！完成了
讓我們來啟動(dòng)它：
在終端中，我們可以看到 web 服務(wù)器啟動(dòng)的日志信息，并且打印出了創(chuàng)世塊的信息：
- [INFO ] 2018-02-08 10:58:26 SparkWeb@(SparkWeb.java:132):[
- {
- "index": 0,
- "timestamp": "2018-02-08 10:58:25",
- "vac": 0,
- "hash": "7c2d2db62a82ac8aa3d843ff837c604d8bd17800f4c466d472c5df185b8967fa",
- "prevHash": ""
- }
- ]
- [INFO ] 2018-02-08 10:58:26 Log@(Log.java:192):Logging initialized @1267ms to org.eclipse.jetty.util.log.Slf4jLog
- [INFO ] 2018-02-08 10:58:26 EmbeddedJettyServer@(EmbeddedJettyServer.java:127):== Spark has ignited ...
- [INFO ] 2018-02-08 10:58:26 EmbeddedJettyServer@(EmbeddedJettyServer.java:128):>> Listening on 0.0.0.0:4567
- [INFO ] 2018-02-08 10:58:26 Server@(Server.java:372):jetty-9.4.4.v20170414
- [INFO ] 2018-02-08 10:58:26 DefaultSessionIdManager@(DefaultSessionIdManager.java:364):DefaultSessionIdManager workerName=node0
- [INFO ] 2018-02-08 10:58:26 DefaultSessionIdManager@(DefaultSessionIdManager.java:369):No SessionScavenger set, using defaults
- [INFO ] 2018-02-08 10:58:26 HouseKeeper@(HouseKeeper.java:149):Scavenging every 600000ms
- [INFO ] 2018-02-08 10:58:27 AbstractConnector@(AbstractConnector.java:280):Started ServerConnector@4c7573c5{HTTP/1.1,[http/1.1]}{0.0.0.0:4567}
- [INFO ] 2018-02-08 10:58:27 Server@(Server.java:444):Started @1669ms
接著我們打開瀏覽器，訪問 http://localhost:4567 這個(gè)地址，我們可以看到頁面中展示了當(dāng)前整個(gè)區(qū)塊鏈的信息（當(dāng)然，目前只有一個(gè)創(chuàng)世塊）：
- {
- "index": 0,
- "timestamp": "2018-02-08 10:58:25",
- "vac": 0,
- "hash": "7c2d2db62a82ac8aa3d843ff837c604d8bd17800f4c466d472c5df185b8967fa",
- "prevHash": ""
- }
接著，我們?cè)偻ㄟ^ RESRClient來發(fā)送一些 POST 請(qǐng)求：post http://localhost:4567/ {"vac":15} [send];
或者使用curl命令：curl -X POST -i http://localhost:4567/ --data '{"vac":125}'。
刷新剛才的http://localhost:4567 頁面，現(xiàn)在的鏈中多了一個(gè)塊，正是我們剛才生成的，同時(shí)可以看到，塊的順序和散列值都正確。
源碼:https://github.com/Mignet/blockchain
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文章源于：http://www.5511xx.com/article/cciejio.html
