基于Java语言构建区块链（一）—

最终内容请以原文为准：https://wangwei.one/posts/df195d9.html

引言

区块链技术是一项比人工智能更具革命性的技术，人工智能只是提高了人类的生产力，而区块链则将改变人类社会的生产关系，它将会颠覆我们人类社会现有的协作方式。了解和掌握区块链相关知识和技术，是我们每位开发人员必须要去做的事情，这样我们才能把握住这波时代趋势的红利。

本文将基于Java语言构建简化版的blockchain，来实现数字货币。

创建区块

区块链是由包含交易信息的区块从后向前有序链接起来的数据结构。区块被从后向前有序地链接在这个链条里，每个区块都指向前一个区块。以比特币为例，每个区块主要包含如下信息字段：

区块大小：用字节表示的区块数据大小

区块头：组成区块头的几个字段

区块头hash值

父区块头hash值

时间戳：区块产生的近似时间

Merkle根：该区块中交易的merkle树根的哈希值

难度目标：该区块工作量证明算法的难度目标

Nonce：用于工作量证明算法的计数器

交易计数器：交易的数量

交易：记录在区块里的交易信息

详见：《精通比特币》（第二版）第9章——区块链

区块数据结构

在这里，我们主要是为了实现最简单的区块链结构，仅仅包含以下几个信息字段：

/** * 区块 * * @author wangwei * @date 2018/02/02 */@Datapublic class Block {    /**     * 区块hash值     */    private String hash;    /**     * 前一个区块的hash值     */    private String previousHash;    /**     * 区块数据     */    private String data;    /**     * 区块创建时间(单位:秒)     */    private long timeStamp;    public Block() {    }    public Block(String hash, String previousHash, String data, long timeStamp) {        this();        this.hash = hash;        this.previousHash = previousHash;        this.data = data;        this.timeStamp = timeStamp;    }}复制代码

区块Hash值计算

加密Hash值，一个通过SHA256算法对区块头进行二次哈希计算而得到的数字指纹。Hash值用于确保blockchain的安全。Hash计算是计算敏感的操作，即使在高性能电脑也需要花费一段时间来完成计算(这也就是为什么人们购买高性能GPU进行比特币挖矿的原因)。blockchain架构设计有意使Hash计算变得困难，这样做是为了加大新增一个block的难度，进而防止block在增加后被随意修改。

/** *  创建新区块 
 * * @param previousHash * @param data * @return */public static Block newBlock(String previousHash, String data) {        Block block = new Block("", previousHash, data.getBytes(),     Instant.now().getEpochSecond());        block.setHash();        return block;}/** * 计算区块Hash *  * 注意：在准备区块数据时，一定要从原始数据类型转化为byte[]，不能直接从字符串进行转换 * * @return */private void setHash() {    byte[] prevBlockHashBytes = {};    if (StringUtils.isNoneBlank(this.getPrevBlockHash())) {        prevBlockHashBytes = new BigInteger(this.getPrevBlockHash(), 16).toByteArray();    }    byte[] headers = ByteUtils.merge(           prevBlockHashBytes,           this.getData().getBytes(),           ByteUtils.toBytes(this.getTimeStamp()));    this.setHash(DigestUtils.sha256Hex(headers));}复制代码

创建区块链

区块链本质上是一种有序、反向链接链表的数据结构。这意味着，block按照插入的顺序存放，同时每个block都保存指向上一个block的链接。这种结构保证可以快速获取最新插入的block同时获取它的hash值。这种结构保证可以快速获取最新插入的block同时（高效地）获取它的hash值。

区块链数据结构

/** *  区块链 
 * * @author wangwei * @date 2018/02/02 */public class Blockchain {        @Getter    private List
    
      blockList;    public Blockchain(List
     
       blockList) {        this.blockList = blockList;    }}    复制代码

添加区块

新增一个添加区块链的方法

/** *  添加区块  
 * * @param data 数据 */public void addBlock(String data) {   Block previousBlock = blockList.get(blockList.size() - 1);   this.addBlock(Block.newBlock(previousBlock.getHash(), data));}/** *  添加区块  
 * * @param block 区块 */public void addBlock(Block block) {   this.blockList.add(block);}复制代码

创世区块

在添加区块之前，区块链必须有个创世区块，在Block中新增创世区块方法：

/**  *  创建创世区块 
  *  * @return  */public static Block newGenesisBlock() {   return Block.newBlock("", "Genesis Block");}复制代码

创建区块链

再在Blockchain中新增创建区块链的方法：

/** *  创建区块链 
 * * @return */public static Blockchain newBlockchain() {    List
    
      blocks = new LinkedList<>();    blocks.add(Block.newGenesisBlock());    return new Blockchain(blocks);}复制代码

测试运行

/** * 测试 * * @author wangwei * @date 2018/02/05 */public class BlockchainTest {    public static void main(String[] args) {        Blockchain blockchain = Blockchain.newBlockchain();        blockchain.addBlock("Send 1 BTC to Ivan");        blockchain.addBlock("Send 2 more BTC to Ivan");        for (Block block : blockchain.getBlockList()) {            System.out.println("Prev. hash: " + block.getPreviousHash());            System.out.println("Data: " + block.getData());            System.out.println("Hash: " + block.getHash());            System.out.println();        }    }}/** * 输出如下信息： */Prev. hash: Data: Genesis BlockHash: 4492cb9d396a9a52e7ff17ef3782f022ddcdc7b2c276bc6dd3d448b0655eb3d4Prev. hash: 4492cb9d396a9a52e7ff17ef3782f022ddcdc7b2c276bc6dd3d448b0655eb3d4Data: Send 1 BTC to IvanHash: cd716d59d98ad673035ab7035ece751718ea9842944a4743c298bebc0fe24c04Prev. hash: cd716d59d98ad673035ab7035ece751718ea9842944a4743c298bebc0fe24c04Data: Send 2 more BTC to IvanHash: 42f78d6a86f88aa9b5b10e468494dfd1b3f558a9fb74a01eb348c2cbfc5d000a复制代码

总结

我们构建了一个非常简单的区块链原型：它只是一个块的数组，每个块都与前一个块有连接。实际的区块链要复杂得多。

缺少交易信息：我们的区块链还没有任何交易信息。

缺少工作量证明：我们的生产区块非常简单快捷，实际的区块链中，生产一个区块需要进行大量的计算。

缺少共识机制：区块链是一个非单一决策者的分布式数据库。因此，一个新的区块必须得到网络的其他参与者的确认和批

在以后的文章中，我们将介绍这些功能。

资料

源代码：https://github.com/wangweiX/blockchain-java/tree/part1-Basic_Prototype

https://jeiwan.cc/posts/building-blockchain-in-go-part-1/