单机版区块链

2021-05-25 约 1020 字预计阅读 3 分钟次阅读

区块链是一个分布式数据库，任何人都可以读取的它的区块数据。区块链是不可变的，意味着一旦将区块添加到链中，就只能在使链的其余部分无效的情况下才能对其进行更改，这就是加密货币基于区块链来实现的原因。

区块和链

区块

区块链允许我们检测何时有人操纵了任何先前的区块，如何确保完整性呢？每个区块都根据前一个区块的哈希值，结合区块内的其他内容计算出自己的哈希值，作为该区块的唯一标识。

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const SHA256 = require("crypto-js/sha256");
class Block {
  constructor(timestamp, data, previousHash = "") {
    this.timestamp = timestamp;
    this.data = data;
    this.previousHash = previousHash;
    this.hash = this.calculateHash();
  }

  calculateHash() {
    return SHA256(
      this.timestamp + JSON.stringify(this.data) + this.previousHash
    ).toString();
  }
}

链

但第一个区块是特殊的，它没有前一个区块，我们称它为创世区块。

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class Blockchain {
  constructor() {
    this.chain = [this.createGenesisBlock()];
  }

  createGenesisBlock() {
    return new Block("01/01/2021", "Genesis block", "0");
  }

  getLatestBlock() {
    return this.chain[this.chain.length - 1];
  }

  addBlock(newBlock) {
    newBlock.previousHash = this.getLatestBlock().hash;
    newBlock.hash = newBlock.calculateHash();
    this.chain.push(newBlock);
  }

  isChainValid() {
    for (let i = 1; i < this.chain.length; i++) {
      const currentBlock = this.chain[i];
      const previousBlock = this.chain[i - 1];

      if (currentBlock.hash !== currentBlock.calculateHash()) {
        return false;
      }

      if (currentBlock.previousHash !== previousBlock.hash) {
        return false;
      }
    }
    return true;
  }
}

isChainValid 方法用于验证区块链是否被篡改。若有人想要篡改区块链上的某个区块，他必须要更改这个区块之后的所有区块，才能确保区块链仍是完整的。

工作量证明

现在，我们来总结上面的区块链中的问题：

1. 添加区块非常容易，攻击者可大量添加垃圾区块
1. 篡改区块并不会耗费多少时间
1. 结合上面两条可造出最长链
1. …

如果区块的添加需要付出大量的算力成本，就可以在动机层面就杜绝攻击，区块链中这种机制叫工作量证明。简单来说，就是只添加哈希值满足特定条件的区块。

如果你想添加一个区块，首先需要付出算力，让你的区块的哈希值满足特定条件：

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class Block {
  constructor(timestamp, data, previousHash = "") {
    this.timestamp = timestamp;
    this.data = data;
    this.previousHash = previousHash;
    this.hash = this.calculateHash();
    this.nonce = 0;
  }

  calculateHash() {
    return SHA256(
      this.timestamp +
        JSON.stringify(this.data) +
        this.previousHash +
        this.nonce
    ).toString();
  }

  mineBlock(difficulty) {
    while (
      this.hash.substring(0, difficulty) !== Array(difficulty + 1).join("0")
    ) {
      this.nonce++;
      this.hash = this.calculateHash();
    }
    console.log("BLOCK MINED: " + this.hash);
  }
}

mineBlock 可筛选出的区块是哈希值的前 difficulty 位均为 0 的区块。通过调整 difficulty 的值，可以控制添加新区块的时间间隔：

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constructor() {
	this.chain = [this.createGenesisBlock()];
	this.difficulty = 2;
}

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addBlock(newBlock) {
	newBlock.previousHash = this.getLatestBlock().hash;
	newBlock.mineBlock(this.difficulty);
	this.chain.push(newBlock);
}

在比特币中，大约每 10 分钟才会添加一个新的区块，而这个计算有效哈希的过程被称为挖矿。

交易和矿工奖励

当区块链中储存的信息为转账信息时，区块链就成了分布式账本。

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class Block {
  constructor(timestamp, transactions, previousHash = "") {
    this.timestamp = timestamp;
    this.transactions = transactions;
    this.previousHash = previousHash;
    this.hash = this.calculateHash();
    this.nonce = 0;
  }

  calculateHash() {
    return SHA256(
      this.previousHash +
        this.timestamp +
        JSON.stringify(this.transactions) +
        this.nonce
    ).toString();
  }
}

class Transaction {
  constructor(fromAddress, toAddress, amount) {
    this.fromAddress = fromAddress;
    this.toAddress = toAddress;
    this.amount = amount;
  }
}

我们的区块链中只能在一个区块中存储 1 个交易，并且矿工没有任何奖励，我们来解决这个问题。

数字签名

之前写完的，这部分内容不知啥时候弄丢了，打算重写。。。

目录

单机版区块链

区块和链

区块

链

工作量证明

交易和矿工奖励

数字签名