Блокчейн — это новый режим применения компьютерных технологий, таких как распределенное хранение данных, двухточечная передача, механизм консенсуса и алгоритм шифрования. Так называемый механизм консенсуса представляет собой математический алгоритм, реализующий установление доверия между разными узлами и приобретение прав и интересов в системе блокчейн.
предисловие
Эта серия руководств призвана помочь вам понять, как разрабатывать технологию блокчейн.
Цели этой главы
- Создайте свой первый очень простой блокчейн
- Внедрить простую систему проверки работоспособности, т.е. майнинг
- Расширьте это
(Я предполагаю, что у вас есть базовое понимание объектно-ориентированного программирования)
Стоит отметить, что созданный здесь блокчейн не является полнофункциональным блокчейном, полностью пригодным для применения и производства, наоборот, он просто поможет вам лучше понять концепцию блокчейна.
Создать блокчейн
Блокчейн представляет собой набор серии или серии блоков, аналогично концепции связанного списка, каждый блок указывает на следующий блок, а затем последовательно соединяются друг с другом. Так что же в каждом блоке? Каждый блок в блокчейне хранит много ценной информации, в основном включающей в себя три части: собственную цифровую подпись, цифровую подпись предыдущего блока и все данные, которые необходимо зашифровать (эти данные есть в биткойне, это эквивалентно к информации о транзакции, которая является сущностью криптовалюты). Каждая цифровая подпись не только доказывает, что это уникальный блок, но и указывает на источник предыдущего блока, так что все блоки могут быть связаны в цепочку, а данные — это какая-то конкретная информация, вы можете следовать бизнес-логике, чтобы хранить бизнес-данные.
Хэш здесь относится к цифровой подписи
Таким образом, каждый блок содержит не только хэш-значение предыдущего блока, но также содержит хеш-значение самого себя., собственныйhashзначение передается доhashстоимость и данныеdataпройти черезhashвычислено. Если данные предыдущего блока будут подделаны, то изменится и хеш-значение предыдущего блока (потому что данные тоже подсчитываются), что приведет ко всем последующим блокам.hashстоимость.Таким образом, вычисление и сравнение значения хеш-функции позволит нам проверить, является ли текущий блокчейн действительным., что также позволяет избежать возможности злонамеренного вмешательства в данные, поскольку вмешательство в данные изменит значение хеш-функции и разрушит всю цепочку блоков.
Быстрая цепочка блоков определений классов
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();
}
}
Как видите, наш базовый блок содержитString hash, который будет содержать нашу цифровую подпись. Переменнаяprevioushashсохранить предыдущий блокhashа такжеString dataчтобы сохранить данные нашего блока
Создать цифровую подпись
Друзья, кто знаком с алгоритмами шифрования, существует множество методов шифрования, которые можно реализовать на Java, например BASE, MD, RSA, SHA и т. д. Я выбрал здесь.SHA256Этот метод шифрования, безопасный алгоритм хэширования SHA (Secure Hash Algorithm), этот алгоритм характеризуется небольшим объемом изменений данных, которые будут приводить к непредсказуемым большим изменениям хеш-значения, хеш-значение используется как уникальный фиксированный размер, представляющий большое количество значение данных, а размер хеш-значения алгоритма SHA256 составляет 256 бит. Причина, по которой выбран SHA256, заключается в том, что его размер в самый раз.С одной стороны, возможность генерации повторяющихся хэш-значений очень мала.С другой стороны, в реальном процессе применения блокчейна большое количество могут генерироваться блоки, что делает объем информации очень большим, тогда размер 256 бит является более подходящим.
Ниже я создалStringUtilметод для облегчения вызова алгоритма SHA256
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);
}
}
}
Возможно, вы вообще не понимаете смысла приведенного выше кода, но вам нужно только понимать, что все входные данные будут генерировать уникальное хеш-значение (цифровую подпись) после вызова этого метода, а это хэш-значение очень важно в блокчейне.
Далее давайтеBlockОсновная цель применения метода ApplySha256 в классе - это рассчитать значение хеша. Значение HASH, которое мы рассчитаем, должны включать все данные в блок, который мы не хотим быть злонамеренным с. В нашем списке вышеBlockКласс должен включатьpreviousHash,dataа такжеtimeStamp,
public String calculateHash() {
String calculatedhash = StringUtil.applySha256(
previousHash +
Long.toString(timeStamp) +
data
);
return calculatedhash;
}
Затем добавьте этот метод вBlockв конструкторе
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.
}
тестовое задание
В основном методе давайте создадим несколько блоков и выведем их хеш, чтобы увидеть, все ли под нашим контролем.
Первый блок называется блоком Genesis, потому что это блок заголовка, поэтому мы просто вводим «0» в качестве предыдущего блока.previous hash.
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);
}
}
Распечатать:
Hash for block 1: f6d1bc5f7b0016eab53ec022db9a5d9e1873ee78513b1c666696e66777fe55fb
Hash for block 2: 6936612b3380660840f22ee6cb8b72ffc01dbca5369f305b92018321d883f4a3
Hash for block 3: f3e58f74b5adbd59a7a1fc68c97055d42e94d33f6c322d87b29ab20d3c959b8f
Каждый блок должен иметь свою подпись данных, то есть хеш-значение.Это хеш-значение зависит от собственной информации (данных) и цифровой подписи (previousHash) предыдущего блока, но это не блокчейн.Давайте хранить блоки в массив, здесь я представлю пакет gson, цель которого — просмотреть всю структуру блокчейна в режиме json.
import java.util.ArrayList;
import com.google.gson.GsonBuilder;
public class NoobChain {
public static ArrayList<Block> blockchain = new ArrayList<Block>();
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);
}
}
Такая структура вывода больше похожа на то, что мы ожидаем от блокчейна.
Проверить целостность блокчейна
Добавьте к основному методу метод isChainValid(), целью которого является перебор всех блоков в цепочке блоков и сравнение значения хеш-функции. такое же, как предыдущее значение хеша.Значение хеша блока равно. Возможно, у вас возникнут следующие вопросы: Мы создаем блоки в блокчейне в основной функции, поэтому нет возможности их модифицировать, но вы должны обратить внимание на то, что основная концепция блокчейна заключается в том, чтобы перейти к централизации, каждый блок может быть сгенерирован в узле в сети, поэтому очень вероятно, что узел изменил данные в своем собственном узле, тогда, согласно приведенным выше теоретическим данным, изменения приведут ко всей цепочке блоков.Когда он сломается, цепочка блоков станет неверный.
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;
}
Малейшее изменение в любом блоке в цепочке блоков приведет к тому, что эта функция вернет false, что доказывает, что цепочка блоков недействительна.
Все сетевые узлы в сети Биткойн совместно используют свои соответствующие блокчейны.Однако самая длинная действующая цепочка блоков единообразно распознается всей сетью.Если кто-то злонамеренно подделывает предыдущие данные, а затем создает более длинные, цепочка блоков и вся сеть публикуются и представлены в сети, что делать? Это включает в себя еще одну важную концепцию доказательства рабочей нагрузки в блокчейне.Здесь мы должны упомянуть hashcash.Эта концепция впервые появилась в статье Адама Бэка.Он в основном используется для фильтрации электронной почты и предотвращения двойных платежей в биткойнах.
добыча
Здесь мы просим майнеров выполнить proof-of-work, пробуя разные значения параметров в блоке, пока его хэш не начинается с серии нулей. Добавим файл с именемnonceтипа int для включения в нашcalculatehash（）метод и необходимыеmineblock（）метод
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);
}
}
Метод mineBlock() вводит значение int, называемое сложностью. Для низких сложностей, таких как 1 и 2, обычные компьютеры могут в основном вычислить их сразу. Я предлагаю проверить между 4-6. Обычные компьютеры, вероятно, это займет 3 секунды, а сложность в Litecoin составляет около 442592, в то время как в биткойне каждый майнинг требует минут 10. Конечно, в зависимости от вычислительной мощности всех сетей, сложность будет постоянно изменяться.
мы вNoobChainдобавлен классdifficultyэта статическая переменная.
public static int difficulty = 5;
Поэтому нам нужно изменить основной метод, чтобы каждый новый блок создавался.mineBlock()метод, в то время какisChainValid()Метод используется для проверки того, является ли значение HASH каждого блока, и действителен ли весь блокчан.
import java.util.ArrayList;
import com.google.gson.GsonBuilder;
public class NoobChain {
public static ArrayList<Block> blockchain = new ArrayList<Block>();
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;
}
}
Распечатать:
Connected to the target VM, address: '127.0.0.1:61863', transport: 'socket'
Trying to Mine block 1...
Block Mined!!! : 0000016667d4240e9c30f53015310b0ec6ce99032d7e1d66d670afc509cab082
Trying to Mine block 2...
Block Mined!!! : 000002ea55735bea4cac7e358c7b0d8d81e8ca24021f5f85211bf54fd4ac795a
Trying to Mine block 3...
Block Mined!!! : 000000576987e5e9afbdf19b512b2b7d0c56db0e6ca49b3a7e638177f617994b
Blockchain is Valid: true
[
{
"hash": "0000016667d4240e9c30f53015310b0ec6ce99032d7e1d66d670afc509cab082",
"previousHash": "0",
"data": "first",
"timeStamp": 1520659506042,
"nonce": 618139
},
{
"hash": "000002ea55735bea4cac7e358c7b0d8d81e8ca24021f5f85211bf54fd4ac795a",
"previousHash": "0000016667d4240e9c30f53015310b0ec6ce99032d7e1d66d670afc509cab082",
"data": "second",
"timeStamp": 1520659508825,
"nonce": 1819877
},
{
"hash": "000000576987e5e9afbdf19b512b2b7d0c56db0e6ca49b3a7e638177f617994b",
"previousHash": "000002ea55735bea4cac7e358c7b0d8d81e8ca24021f5f85211bf54fd4ac795a",
"data": "third",
"timeStamp": 1520659515910,
"nonce": 1404341
}
]
После тестирования добавление нового блока, то есть майнинг должен занимать определенное время, около 3 секунд, можно увеличить сложность, чтобы посмотреть, как это повлияет на время, потраченное на проблемы с данными
Если кто-то злонамеренно подделал данные в вашей системе блокчейна:
- Их блокчейн недействителен.
- Они не могут создавать более длинные цепочки блоков
- Честный блокчейн в сети будет иметь больше временного преимущества в длинных цепочках
Поскольку подделанные блокировки не смогут идти в ногу с длинными и действительными цепями, если они не имеют большей вычислительной скорости, чем все узлы в вашей сети, может быть, будущий квантовый компьютер или что-то еще.
Вы завершили свой базовый блокчейн!
ваш блокчейн:
- Есть много блоков, составленных для хранения данных
- Имейте цифровые подписи, чтобы ваш блокчейн был связан вместе
- Доказательство работы, необходимое для добычи новых блоков
- Может использоваться для проверки правильности данных и отсутствия подделок.
Оригинальная ссылка:Creating Your First Blockchain with Java. Part 1.
загрузка кода
Скачать с моего гитхаба,GitHub.com/Longfeizhen…
🙂 🙂 🙂 Подписывайтесь на апплет WeChatкурс архитектора JavaСкучно по дороге на работу и обратно? Вы все еще читаете романы и новости? Не знаете, как улучшить свои навыки? Да ладно, вот нужные вам статьи по архитектуре Java, инженеры Java читают 1.5w+, чего вы ждете?