摘要：本文將基于語言構建簡化版的，來實現(xiàn)數(shù)字貨幣。值用于確保的安全。計算是計算敏感的操作，即使在高性能電腦也需要花費一段時間來完成計算這也就是為什么人們購買高性能進行比特幣挖礦的原因。資料源代碼精通比特幣第二版

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區(qū)塊鏈技術是一項比人工智能更具革命性的技術，人工智能只是提高了人類的生產力，而區(qū)塊鏈則將改變人類社會的生產關系，它將會顛覆我們人類社會現(xiàn)有的協(xié)作方式。了解和掌握區(qū)塊鏈相關知識和技術，是我們每位開發(fā)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。

本文將基于Java語言構建簡化版的blockchain，來實現(xiàn)數(shù)字貨幣。

區(qū)塊鏈是由包含交易信息的區(qū)塊從后向前有序鏈接起來的數(shù)據(jù)結構。區(qū)塊被從后向前有序地鏈接在這個鏈條里，每個區(qū)塊都指向前一個區(qū)塊。以比特幣為例，每個區(qū)塊主要包含如下信息字段：

區(qū)塊大小：用字節(jié)表示的區(qū)塊數(shù)據(jù)大小

區(qū)塊頭：組成區(qū)塊頭的幾個字段

區(qū)塊頭hash值
父區(qū)塊頭hash值
時間戳：區(qū)塊產生的近似時間
Merkle根：該區(qū)塊中交易的merkle樹根的哈希值
難度目標：該區(qū)塊工作量證明算法的難度目標
Nonce：用于工作量證明算法的計數(shù)器


交易計數(shù)器：交易的數(shù)量
交易：記錄在區(qū)塊里的交易信息

詳見：《精通比特幣》（第二版）第9章——區(qū)塊鏈

區(qū)塊數(shù)據(jù)結構

在這里，我們主要是為了實現(xiàn)最簡單的區(qū)塊鏈結構，僅僅包含以下幾個信息字段：

/**
 * 區(qū)塊
 *
 * @author wangwei
 * @date 2018/02/02
 */
@Data
public class Block {

    /**
     * 區(qū)塊hash值
     */
    private String hash;
    /**
     * 前一個區(qū)塊的hash值
     */
    private String previousHash;
    /**
     * 區(qū)塊數(shù)據(jù)
     */
    private String data;
    /**
     * 區(qū)塊創(chuàng)建時間(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;
    }
}

區(qū)塊Hash值計算

加密Hash值，一個通過SHA256算法對區(qū)塊頭進行二次哈希計算而得到的數(shù)字指紋。Hash值用于確保blockchain的安全。Hash計算是計算敏感的操作，即使在高性能電腦也需要花費一段時間來完成計算(這也就是為什么人們購買高性能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在增加后被隨意修改。

/**
 * 
 創(chuàng)建新區(qū)塊 
 *
 * @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(qū)塊Hash
 * 

 * 注意：在準備區(qū)塊數(shù)據(jù)時，一定要從原始數(shù)據(jù)類型轉化為byte[]，不能直接從字符串進行轉換
 *
 * @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));
}

區(qū)塊鏈本質上是一種有序、反向鏈接鏈表的數(shù)據(jù)結構。這意味著，block按照插入的順序存放，同時每個block都保存指向上一個block的鏈接。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(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結構

/**
 * 
 區(qū)塊鏈 
 *
 * @author wangwei
 * @date 2018/02/02
 */
public class Blockchain {
    
    @Getter
    private List blockList;

    public Blockchain(List blockList) {
        this.blockList = blockList;
    }
}    

添加區(qū)塊

新增一個添加區(qū)塊鏈的方法

/**
 * 
 添加區(qū)塊  
 *
 * @param data 數(shù)據(jù)
 */
public void addBlock(String data) {
   Block previousBlock = blockList.get(blockList.size() - 1);
   this.addBlock(Block.newBlock(previousBlock.getHash(), data));
}

/**
 * 
 添加區(qū)塊  
 *
 * @param block 區(qū)塊
 */
public void addBlock(Block block) {
   this.blockList.add(block);
}

創(chuàng)世區(qū)塊

在添加區(qū)塊之前，區(qū)塊鏈必須有個創(chuàng)世區(qū)塊，在Block中新增創(chuàng)世區(qū)塊方法：

/**
  * 
 創(chuàng)建創(chuàng)世區(qū)塊 
  *
  * @return
  */
public static Block newGenesisBlock() {
   return Block.newBlock("", "Genesis Block");
}

創(chuàng)建區(qū)塊鏈

再在Blockchain中新增創(chuàng)建區(qū)塊鏈的方法：

/**
 * 
 創(chuàng)建區(qū)塊鏈 
 *
 * @return
 */
public static Blockchain newBlockchain() {
    List blocks = new LinkedList<>();
    blocks.add(Block.newGenesisBlock());
    return new Blockchain(blocks);
}

/**
 * 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

我們構建了一個非常簡單的區(qū)塊鏈原型：它只是一個塊的數(shù)組，每個塊都與前一個塊有連接。 實際的區(qū)塊鏈要復雜得多。

缺少交易信息：我們的區(qū)塊鏈還沒有任何交易信息。

缺少工作量證明：我們的生產區(qū)塊非常簡單快捷，實際的區(qū)塊鏈中，生產一個區(qū)塊需要進行大量的計算。

缺少共識機制：區(qū)塊鏈是一個非單一決策者的分布式數(shù)據(jù)庫。 因此，一個新的區(qū)塊必須得到網(wǎng)絡的其他參與者的確認和批

在以后的文章中，我們將介紹這些功能。

源代碼：https://github.com/wangweiX/b...

https://jeiwan.cc/posts/build...

《精通比特幣（第二版）》