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千鋒扣丁學(xué)堂區(qū)塊鏈培訓(xùn)之用Java代碼構(gòu)建區(qū)塊鏈

2019-06-20 14:35:56 4483瀏覽

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)簡單的區(qū)塊鏈，下面千鋒扣丁學(xué)堂區(qū)塊鏈培訓(xùn)用不到120行代碼來揭示區(qū)塊鏈的原理！

“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！

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：

<!-- 超小型web框架 --> 
       <dependency>  
           <groupId>com.sparkjava</groupId>  
           <artifactId>spark-core</artifactId>  
           <version>${spark.version}</version>  
       </dependency> 

Spark-webFramework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。

<dependency>  
           <groupId>commons-codec</groupId>  
           <artifactId>commons-codec</artifactId>  
           <version>${commons.codec.version}</version>  
       </dependency> 

這個(gè)通用包擁有幾乎所有加解密算法及常規(guī)操作

<dependency>  
           <groupId>com.google.code.gson</groupId>  
           <artifactId>gson</artifactId>  
           <version>2.8.2</version>  
       </dependency> 

Google的json包，當(dāng)然你可以使用你喜歡的其他json包。

最后，增加log相關(guān)的包

<!-- log start -->  
       <dependency>  
           <groupId>log4j</groupId>  
           <artifactId>log4j</artifactId>  
           <version>${log4j.version}</version>  
       </dependency>  
       <dependency>  
           <groupId>org.slf4j</groupId>  
           <artifactId>slf4j-api</artifactId>  
           <version>${slf4j.version}</version>  
       </dependency>  
       <dependency>  
           <groupId>org.slf4j</groupId>  
           <artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>  
           <version>${slf4j.version}</version>  
       </dependency>  
       <!-- log end --> 

相關(guān)版本屬性設(shè)置

<properties>  
       <commons.codec.version>1.9</commons.codec.version>  
       <spark.version>2.6.0</spark.version>  
       <slf4j.version>1.6.6</slf4j.version>  
        <log4j.version>1.2.17</log4j.version>  
       <gson.version>2.8.2</gson.version>  
</properties> 

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，最簡單的表示形式就是一個(gè)Block的順序表：

ArrayList<Block> 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newDate()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：始終選擇最長的鏈。

[block1]->[block2]->[block3]->[block4]->[block5]->認(rèn)可

[block1]->[block2]->[block3]->[block4]->丟棄

通常來說，更長的鏈表示它的數(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最新的鏈：

public void replaceChain(ArrayList<Block> 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SparkWebFramework，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。POSThandler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newGsonBuilder().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)生第一個(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，第一個(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：posthttp://localhost:4567/{"vac":15}[send];

或者使用curl命令：curl-XPOST-ihttp://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。

以上就是關(guān)于千鋒扣丁學(xué)堂區(qū)塊鏈培訓(xùn)之用Java代碼構(gòu)建區(qū)塊鏈的全部內(nèi)容，想要了解更多關(guān)于區(qū)塊鏈方面內(nèi)容的小伙伴，請(qǐng)關(guān)注扣丁學(xué)堂區(qū)塊鏈培訓(xùn)官網(wǎng)、微信等平臺(tái)，扣丁學(xué)堂IT職業(yè)在線學(xué)習(xí)教育有專業(yè)的區(qū)塊鏈講師為您指導(dǎo)，此外扣丁學(xué)堂老師精心推出的區(qū)塊鏈視頻教程定能讓你快速掌握區(qū)塊鏈從入門到精通開發(fā)實(shí)戰(zhàn)技能?？鄱W(xué)堂區(qū)塊鏈交流群:850351616。

                            

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