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用 java 创建你的第一个区块链（第一部分）作者：Kass 翻译：Green 奇本系列教程的目的，是帮助你学习怎样开发区块链技术。在本教程中，我们将：  创建你的第一个基础“区块链”；  实现一个简单的工作量证明（采矿）系统；  惊叹于可能性；（学习本教程之前，需要对面向对象编程有基本了解）需要注意的是，本教程并没有生产区块链的完整功能。相反，这是一个概念实现的证明，以帮助您理解区块链，为以后的教程打基础。安装教程中使用 Java，当然你可以使用其他的面向对象编程语言。开发工具是 Eclipse，同样的你可以使用其他的文本编辑器（虽然你可能会错过很多好用的功能）。你需要：  安装 Java 和 JDK；  Eclipse（或者其他 IDE/文本编辑器）。你还可以使用谷歌发布的 GSON 类库，实现 Java 对象和 JSON 字符串之间的转换。这是个非常有用的类库，会在下文的点对点代码中继续使用，同样的，有其他方法能替换该类库。在 Eclipse 中创建项目（文件>新建>），命名为“noobchain”。新建一个同名的类。创建区块链区块链即为一个由区块组成的链表或列表。其中的每个区块都包含自己的数字签名、前一区块的数字签名和一些数据（例如：事物）。

图中的 Hash（哈希）即为数字签名。每个区块不仅包含前一区块的哈希，还包含自己的哈希，根据前一区块的哈希计算得到。如果前一区块的数据变化，则其哈希也会变化（因为哈希的计算也与区块数据有关），继而影响其后面所有区块的哈希。计算和比较哈希可以检查区块链是否无效。这意味着什么呢？这意味着如果改变了区块链中的任意数据，将改变签名并破坏区块链。所以首先，创建类 Block 来构造区块链： import java.util.Date; public class Block { } public String hash; public String previousHash; private String data; //our data will be a simple message. private long timeStamp; //as number of milliseconds since 1/1/1970. //Block Constructor. public Block(String data,String previousHash ) { this.data = data; this.previousHash = previousHash; this.timeStamp = new Date().getTime(); } 可以看到 Block 类包含 String 类型的 hash 属性，用来表示数字签名。变量 previousHash 表示前一区块的哈希，变量 data 表示区块数据。接着需要一种方法来生成数字签名：有很多种密码学算法可供选择，然而 SHA256 算法最为适合。导入 java.security.MessageDigest 来访问 SHA256 算法。下文中还需要使用 SHA256 算法，所以创建一个 StringUtil 类并定义一个方法以方便使用： import java.security.MessageDigest; public class StringUtil { //Applies Sha256 to a string and returns the result. public static String applySha256(String input){

try { MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256"); //Applies sha256 to our input, byte[] hash = digest.digest(input.getBytes("UTF-8")); StringBuffer hexString = new StringBuffer(); // This will contain hash as hexidecimal for (int i = 0; i < hash.length; i++) { String hex = Integer.toHexString(0xff & hash[i]); if(hex.length() == 1) hexString.append('0'); hexString.append(hex); } return hexString.toString(); } catch(Exception e) { throw new RuntimeException(e); } } } 如果你看不懂这个方法，不要担心，你只需要知道输入一个字符串，调用 SHA256 算法进行处理，将生成的签名作为字符串返回。现在 Block 类中创建一个新方法，调用 applySha256 方法来计算哈希。必须使用所有不希望被篡改的区块中的哈希值进行计算，所以要用到变量 previousHash、data 和 timeStamp （时间戳）。 public String calculateHash() { String calculatedhash = StringUtil.applySha256( previousHash + Long.toString(timeStamp) + data ); return calculatedhash; } 将这些方法加到 Block 构造函数中： public Block(String data,String previousHash ) { this.data = data; this.previousHash = previousHash; this.timeStamp = new Date().getTime(); this.hash = calculateHash(); //Making sure we do this after we set the other values. }

是时候做一些测试了。在 NoobChain 类中创建一些区块并输出其哈希到屏幕上，确保一切都运转正常。第一个区块叫初始区块，因其前面没有区块，所以将 previousHash 的值设为 0。 public class NoobChain { public static void main(String[] args) { Block genesisBlock = new Block("Hi im the first block", "0"); System.out.println("Hash for block 1 : " + genesisBlock.hash); Block secondBlock = new Block("Yo im the second block",genesisBlock.hash); System.out.println("Hash for block 2 : " + secondBlock.hash); Block thirdBlock = new Block("Hey im the third block",secondBlock.hash); System.out.println("Hash for block 3 : " + thirdBlock.hash); } } 输出如下图所示：（你的哈希值会和图上不一样，因为我们的时间戳是不一样的）这样，每个区块都根据自己的信息和前一区块的签名，拥有了自己的数字签名。目前还不是区块链，将所有区块保存为动态数组（ArrayList），并导入 gson 将其转化成 JSon 字符串来查看。 import java.util.ArrayList; import com.google.gson.GsonBuilder; public class NoobChain { public static ArrayList blockchain = new ArrayList(); public static void main(String[] args) { //add our blocks to the blockchain ArrayList: blockchain.add(new Block("Hi im the first block", "0"));

blockchain.add(new Block("Yo im the second block",blockchain.get(blockchain.size()-1).hash)); blockchain.add(new Block("Hey im the third block",blockchain.get(blockchain.size()-1).hash)); String blockchainJson = new GsonBuilder().setPrettyPrinting().create().toJson(blockchain); System.out.println(blockchainJson); } } 现在的输出看起来像我们期望的区块链了。现在需要一种方法来验证区块链的完整性在 NoobChain 类中创建一个 isChainValid()方法，遍历链中所有区块并比较其哈希。该方法需要检查当前区块的哈希值是否等于计算得到的哈希值，以及前一区块的哈希是否等于当前区块 previousHash 变量的值。 public static Boolean isChainValid() { Block currentBlock; Block previousBlock; //loop through blockchain to check hashes: for(int i=1; i < blockchain.size(); i++) { currentBlock = blockchain.get(i); previousBlock = blockchain.get(i-1); //compare registered hash and calculated hash: if(!currentBlock.hash.equals(currentBlock.calculateHash()) ){ System.out.println("Current Hashes not equal"); return false; } //compare previous hash and registered previous hash if(!previousBlock.hash.equals(currentBlock.previousHash) ) { System.out.println("Previous Hashes not equal"); return false; } } return true; } 链中区块发生任意的改变都会使该方法返回 false。当人们将自己的区块链分享到比特币网络节点后，网络会接收其最长有效链。是什么阻止攻击者篡改旧区块上的数据，然后创建更长的新区块链并放在网络上呢？工作量证明机制。哈希现金工作量证明机制

意味着创建新的区块需要相当长的时间和计算能力。因此攻击者需要掌握巨大的计算能力，比其他所有同行加起来的计算能力还要多。开始采矿！！！我们要让矿机完成工作量证明机制，即在区块中尝试不同的变量值，直到其哈希值以一定数量的 0 开始。添加一个整数类型的 nonce 向量用于 calculateHash()方法中调用，并添加一个 mineBlock()方法： import java.util.Date; public class Block { public String hash; public String previousHash; private String data; //our data will be a simple message. private long timeStamp; //as number of milliseconds since 1/1/1970. private int nonce; //Block Constructor. public Block(String data,String previousHash ) { this.data = data; this.previousHash = previousHash; this.timeStamp = new Date().getTime(); this.hash = calculateHash(); //Making sure we do this after we set the other values. } //Calculate new hash based on blocks contents public String calculateHash() { String calculatedhash = StringUtil.applySha256( previousHash + Long.toString(timeStamp) + Integer.toString(nonce) + data ); return calculatedhash; } public void mineBlock(int difficulty) { String target = new String(new char[difficulty]).replace('\0', '0'); //Create a string with difficulty * "0" while(!hash.substring( 0, difficulty).equals(target)) { nonce ++; hash = calculateHash();

} System.out.println("Block Mined!!! : " + hash); } } 实际上，每个矿机都从一个随机点开始迭代。有的矿机甚至可以尝试随机的数字。同样值得注意的是，在更困难的情况下可能需要的不仅仅是整数。MAX_VALUE 的情况下，矿机可以尝试更改时间戳。 mineBlock()方法以整数变量 difficulty 作为输入，该变量（难度）表示需要处理的 0 的数量。大多数计算机可以快速的处理 1 或 2 个 0 的情况，我建议在测试时处理 4 到 6 个 0。莱特币的难度大约为 442592。将 difficulty 作为一个静态变量添加到 NoobChain 类中： public static int difficulty = 5; 我们需要更新 NoobChain 类来触发每个新区块的 mineBlock()方法。同样需要 isChainValid()方法检查每个区块是否通过采矿得到了哈希值。 public class NoobChain { public static ArrayList blockchain = new ArrayList(); public static int difficulty = 5; public static void main(String[] args) { //add our blocks to the blockchain ArrayList: blockchain.add(new Block("Hi im the first block", "0")); System.out.println("Trying to Mine block 1... "); blockchain.get(0).mineBlock(difficulty); blockchain.add(new Block("Yo im the second block",blockchain.get(blockchain.size()-1).hash)); System.out.println("Trying to Mine block 2... "); blockchain.get(1).mineBlock(difficulty); blockchain.add(new Block("Hey im the third block",blockchain.get(blockchain.size()-1).hash)); System.out.println("Trying to Mine block 3... "); blockchain.get(2).mineBlock(difficulty); System.out.println("\nBlockchain is Valid: " + isChainValid()); String blockchainJson = new GsonBuilder().setPrettyPrinting().create().toJson(blockchain); System.out.println("\nThe block chain: "); System.out.println(blockchainJson);

} public static Boolean isChainValid() { Block currentBlock; Block previousBlock; String hashTarget = new String(new char[difficulty]).replace('\0', '0'); //loop through blockchain to check hashes: for(int i=1; i < blockchain.size(); i++) { currentBlock = blockchain.get(i); previousBlock = blockchain.get(i-1); //compare registered hash and calculated hash: if(!currentBlock.hash.equals(currentBlock.calculateHash()) ){ System.out.println("Current Hashes not equal"); return false; } //compare previous hash and registered previous hash if(!previousBlock.hash.equals(currentBlock.previousHash) ) { System.out.println("Previous Hashes not equal"); return false; } //check if hash is solved if(!currentBlock.hash.substring( 0, difficulty).equals(hashTarget)) { System.out.println("This block hasn't been mined"); return false; } } return true; } } 运行后的结果如图：

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