基于Java语言构建区块链（一）—— 基本原型

摘要：本文将基于语言构建简化版的，来实现数字货币。值用于确保的安全。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进行比特币挖矿的原因。资料源代码精通比特币第二版

最终内容请以原文为准：https://wangwei.one/posts/df1...

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。

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 2018/02/02
 */
@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。

/**
 * 
 创建新区块 
 *
 * @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
 * 

 * 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));
}

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

/**
 * 
 区块链 
 *
 * @author wangwei
 * @date 2018/02/02
 */
public class Blockchain {
    
    @Getter
    private List blockList;

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

添加区块

新增一个添加区块链的方法

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

/**
 * 
 添加区块  
 *
 * @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：

/**
  * 
 创建创世区块 
  *
  * @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：

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

/**
 * 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

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。

源代码：https://github.com/wangweiX/b...

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

《精通比特币（第二版）》