Java實現(xiàn)簡單的區(qū)塊鏈程序的方法 附實例代碼

本篇文章將和大家一起分享區(qū)塊鏈技術(shù)的概念，還會使用 Java 來實現(xiàn)一個基本的應用程序。此外還會討論關(guān)于該技術(shù)的一些先進概念以及實際應用。以下是詳情內(nèi)容。

什么是區(qū)塊鏈？

那么，讓我們先來了解一下區(qū)塊鏈到底是什么…

好吧，它的起源可以追溯到Satoshi Nakamoto在2008年發(fā)表的關(guān)于比特幣的白皮書。

區(qū)塊鏈是一個分散的信息分類帳。它由通過使用密碼學連接的數(shù)據(jù)塊組成。它屬于通過公共網(wǎng)絡連接的節(jié)點網(wǎng)絡。當我們稍后嘗試構(gòu)建一個基本教程時，我們將更好地理解這一點。

我們必須了解一些重要的屬性，讓我們來了解一下：

• 防篡改 ：首先，數(shù)據(jù)作為塊的一部分是防篡改的。每個塊都由一個加密摘要（通常稱為散列）引用，使得塊能夠防篡改。
• 去中心化 ：整個區(qū)塊鏈在網(wǎng)絡上完全去中心化。這意味著沒有主節(jié)點，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都有相同的副本。
• 透明 ：每個參與網(wǎng)絡的節(jié)點通過與其他節(jié)點協(xié)商一致，對其鏈進行驗證并添加新的塊。因此，每個節(jié)點都具有數(shù)據(jù)的完全可見性。

區(qū)塊鏈是如何工作的？

現(xiàn)在，讓我們來了解區(qū)塊鏈是如何工作的。

區(qū)塊鏈的基本單位是區(qū)塊。單個塊可以封裝多個事務或其他有價值的數(shù)據(jù)：

開采區(qū)塊

我們用散列值表示一個塊。生成塊的哈希值稱為“挖掘”塊。開采一個區(qū)塊通常計算成本很高，因為它是“工作證明”。

塊的散列通常由以下數(shù)據(jù)組成：

• 首先，塊的散列由它封裝的事務組成
• 散列還包括塊創(chuàng)建的時間戳
• 它還包括一個nonce，一個用于密碼學的任意數(shù)字
• 最后，當前塊的散列還包括前一塊的散列
• 網(wǎng)絡中的多個節(jié)點可以同時競爭挖掘塊。除了生成散列，節(jié)點還必須驗證添加到塊中的事務是否合法。第一個挖方塊的人贏得比賽！

向區(qū)塊鏈中添加區(qū)塊

雖然挖掘塊的計算成本很高，但驗證塊是否合法相對容易得多。網(wǎng)絡中的所有節(jié)點都參與驗證新開采的區(qū)塊。

因此， 在節(jié)點一致的情況下，一個新挖掘的區(qū)塊被添加到區(qū)塊鏈中。

現(xiàn)在，有幾種共識協(xié)議可供我們用于驗證。網(wǎng)絡中的節(jié)點使用相同的協(xié)議來檢測鏈的惡意分支。因此，即使引入惡意分支，也會很快被大多數(shù)節(jié)點拒絕。

Java中的基本區(qū)塊鏈
現(xiàn)在我們已經(jīng)有足夠的上下文開始用Java構(gòu)建一個基本的應用程序。

我們這里的簡單示例將說明我們剛才看到的基本概念。生產(chǎn)級應用程序需要考慮很多問題，這些問題超出了本教程的范圍。不過，我們稍后將討論一些高級主題。

實現(xiàn)塊

首先，我們需要定義一個簡單的POJO來保存塊的數(shù)據(jù)：

public class Block {
    private String hash;
    private String previousHash;
    private String data;
    private long timeStamp;
    private int nonce;
 
    public Block(String data, String previousHash, long timeStamp) {
        this.data = data;
        this.previousHash = previousHash;
        this.timeStamp = timeStamp;
        this.hash = calculateBlockHash();
    }
    // standard getters and setters
}

讓我們了解一下我們在這里打包的東西：

nonce

計算散列

現(xiàn)在，我們?nèi)绾斡嬎銐K的散列呢？我們已經(jīng)使用了 calculateBlockHash 方法，但還沒有看到實現(xiàn)。在我們實現(xiàn)這個方法之前，花點時間來理解什么是散列是值得的。

散列是散列函數(shù)的輸出。 哈希函數(shù)將任意大小的輸入數(shù)據(jù)映射為固定大小的輸出數(shù)據(jù)。 哈希對輸入數(shù)據(jù)中的任何更改都非常敏感，無論更改多么小。

此外，僅僅從散列中獲取輸入數(shù)據(jù)是不可能的。這些屬性使得哈希函數(shù)在密碼學中非常有用。

那么，讓我們看看如何在Java中生成塊的哈希：

public String calculateBlockHash() {
    String dataToHash = previousHash 
      + Long.toString(timeStamp) 
      + Integer.toString(nonce) 
      + data;
    MessageDigest digest = null;
    byte[] bytes = null;
    try {
        digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
        bytes = digest.digest(dataToHash.getBytes(UTF_8));
    } catch (NoSuchAlgorithmException | UnsupportedEncodingException ex) {
        logger.log(Level.SEVERE, ex.getMessage());
    }
    StringBuffer buffer = new StringBuffer();
    for (byte b : bytes) {
        buffer.append(String.format("%02x", b));
    }
    return buffer.toString();
}
public String calculateBlockHash() {
    String dataToHash = previousHash 
      + Long.toString(timeStamp) 
      + Integer.toString(nonce) 
      + data;
    MessageDigest digest = null;
    byte[] bytes = null;
    try {
        digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
        bytes = digest.digest(dataToHash.getBytes(UTF_8));
    } catch (NoSuchAlgorithmException | UnsupportedEncodingException ex) {
        logger.log(Level.SEVERE, ex.getMessage());
    }
    StringBuffer buffer = new StringBuffer();
    for (byte b : bytes) {
        buffer.append(String.format("%02x", b));
    }
    return buffer.toString();
}

這里發(fā)生了很多事情，讓我們詳細了解一下：

MessageDigest

我們在那塊地上挖礦了嗎？

到目前為止，一切聽起來都簡單而優(yōu)雅，只是我們還沒有開采這個區(qū)塊。那么，究竟需要挖掘一個區(qū)塊，這已經(jīng)吸引了開發(fā)人員一段時間的想象力！

嗯，挖掘一個區(qū)塊意味著為這個區(qū)塊解決一個計算復雜的任務。雖然計算一個塊的散列有點瑣碎，但找到以五個零開始的散列卻不是。更復雜的是找到一個以十個零開始的散列，我們就得到了一個大概的想法。

那么，我們到底該怎么做呢？老實說，這個解決方案沒有那么花哨！我們是用蠻力來達到這個目標的。我們在這里使用 nonce ：

public String mineBlock(int prefix) {
    String prefixString = new String(new char[prefix]).replace('