java开发区块链只需150行代码

本文目的是通过java实战开发教程理解区块链是什么。将通过实战入门学习,用Java自学开发一个很基本的区块链,并在此基础上能扩展如web框架应用等。这个基本的java区块链也实现简单的工作量证明系统。本文用一个java例子,演示了开发一个区块链应用的过程,涉及到所有区块链的概念和基本实现方法。本文阅读对象,主要是希望和即将从事区块链开发的项目架构师。需要指出的是,我们用150行java代码构建的区块链达不到生产级别的,它只是为了帮助你更好的理解区块链的概念。

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创建区块链

区块链就是一串或者是一系列区块的集合,类似于链表的概念,每个区块都指向于后面一个区块,然后顺序的连接在一起。那么每个区块中的内容是什么呢?在区块链中的每一个区块都存放了很多很有价值的信息,主要包括三个部分:自己的数字签名,上一个区块的数字签名,还有一切需要加密的数据(这些数据在比特币中就相当于是交易的信息,它是加密货币的本质)。每个数字签名不但证明了自己是特有的一个区块,而且指向了前一个区块的来源,让所有的区块在链条中可以串起来,而数据就是一些特定的信息,你可以按照业务逻辑来保存业务数据。

这里的hash指的就是数字签名

所以每一个区块不仅包含前一个区块的hash值,同时包含自身的一个hash值,自身的hash值是通过之前的hash值和数据data通过hash计算出来的。如果前一个区块的数据一旦被篡改了,那么前一个区块的hash值也会同样发生变化(因为数据也被计算在内),这样也就导致了所有后续的区块中的hash值。所以计算和比对hash值会让我们检查到当前的区块链是否是有效的,也就避免了数据被恶意篡改的可能性,因为篡改数据就会改变hash值并破坏整个区块链。

定义区块链的类Block:

正如你可以看到我们的基本块包含String hash,它将保存我们的数字签名。变量previoushash保存前一个块的hash和String data来保存我们的块数据

创建数字签名

熟悉加密算法的朋友们,Java方式可以实现的加密方式有很多,例如BASE、MD、RSA、SHA等等,我在这里选用了SHA256这种加密方式,SHA(Secure Hash Algorithm)安全散列算法,这种算法的特点是数据的少量更改会在Hash值中产生不可预知的大量更改,hash值用作表示大量数据的固定大小的唯一值,而SHA256算法的hash值大小为256位。之所以选用SHA256是因为它的大小正合适,一方面产生重复hash值的可能性很小,另一方面在区块链实际应用过程中,有可能会产生大量的区块,而使得信息量很大,那么256位的大小就比较恰当了。

下面我创建了一个StringUtil方法来方便调用SHA256算法

或许你不完全理解上述代码的含义,但是你只要理解所有的输入调用此方法后均会生成一个独一无二的hash值(数字签名),而这个hash值在区块链中是非常重要的。

接下来让我们在Block类中应用 方法 applySha256 方法,其主要的目的就是计算hash值,我们计算的hash值应该包括区块中所有我们不希望被恶意篡改的数据,在我们上面所列的Block类中就一定包括previousHash,data和timeStamp,

然后把这个方法加入到Block的构造函数中去

测试

在主方法中让我们创建一些区块,并把其hash值打印出来,来看看是否一切都在我们的掌控中。

第一个块称为创世块,因为它是头区块,所以我们只需输入“0”作为前一个块的previous hash。

打印输出结果:

每一个区块都必须要有自己的数据签名即hash值,这个hash值依赖于自身的信息(data)和上一个区块的数字签名(previousHash),但这个还不是区块链,下面让我们存储区块到数组中,这里我会引入gson包,目的是可以用json方式查看整个一条区块链结构。

这样的输出结构就更类似于我们所期待的区块链的样子。

检查区块链的完整性

在主方法中增加一个isChainValid()方法,目的是循环区块链中的所有区块并且比较hash值,这个方法用来检查hash值是否是于计算出来的hash值相等,同时previousHash值是否和前一个区块的hash值相等。或许你会产生如下的疑问,我们就在一个主函数中创建区块链中的区块,所以不存在被修改的可能性,但是你要注意的是,区块链中的一个核心概念就是去中心化,每一个区块可能是在网络中的某一个节点中产生的,所以很有可能某个节点把自己节点中的数据修改了,那么根据上述的理论数据改变会导致整个区块链的破裂,也就是区块链就无效了。

任何区块链中区块的一丝一毫改变都会导致这个函数返回false,也就证明了区块链无效了。

在比特币网络中所有的网络节点都分享了它们各自的区块链,然而最长的有效区块链是被全网所统一承认的,如果有人恶意来篡改之前的数据,然后创建一条更长的区块链并全网发布呈现在网络中,我们该怎么办呢?这就涉及到了区块链中另外一个重要的概念工作量证明,这里就不得不提及一下hashcash,这个概念最早来自于Adam Back的一篇论文,主要应用于邮件过滤和比特币中防止双重支付。

挖矿

这里我们要求挖矿者做工作量证明,具体的方式是在区块中尝试不同的参数值直到它的hash值是从一系列的0开始的。让我们添加一个名为nonce的int类型以包含在我们的calculatehash()方法中,以及需要的mineblock()方法。

mineBlock()方法中引入了一个int值称为difficulty难度,低的难度比如1和2,普通的电脑基本都可以马上计算出来,我的建议是在4-6之间进行测试,普通电脑大概会花费3秒时间,在莱特币中难度大概围绕在442592左右,而在比特币中每一次挖矿都要求大概在10分钟左右,当然根据所有网络中的计算能力,难度也会不断的进行修改。

我们在NoobChain类 中增加difficulty这个静态变量。

这样我们必须修改主方法中让创建每个新区块时必须触发mineBlock()方法,而isChainValid()方法用来检查每个区块的hash值是否正确,整个区块链是否是有效的。

打印:

经过测试增加一个新的区块即挖矿必须花费一定时间,大概是3秒左右,你可以提高difficulty难度来看,它是如何影响数据难题所花费的时间的。如果有人在你的区块链系统中恶意篡改数据:

他们的区块链是无效的。

他们无法创建更长的区块链

网络中诚实的区块链会在长链中更有时间的优势

因为篡改的区块链将无法赶上长链和有效链,除非他们比你网络中所有的节点拥有更大的计算速度,可能是未来的量子计算机或者是其他什么。

你已经完成了你的基本区块链!

如果有任何疑问,欢迎添加qq群测试入门大神 755431660 共同学习~

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  • 原文链接http://kuaibao.qq.com/s/20180509A0LVCK00?refer=cp_1026
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