幾乎每個人都聽說過像比特幣和以太幣這樣的加密貨幣，但是只有極少數(shù)人懂得隱藏在它們背后的技術(shù)。在這篇文中，我將會用JavaScript來創(chuàng)建一個簡單的區(qū)塊鏈來演示它們的內(nèi)部究竟是如何工作的。我將會稱之為SavjeeCoin！

全文分為三個部分：

1. part1：實現(xiàn)一個基本的區(qū)塊鏈
2. part2：實現(xiàn)POW
3. part3：交易與挖礦獎勵
   

Part1：實現(xiàn)一個基本的區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈?zhǔn)怯梢粋€個任何人都可以訪問的區(qū)塊構(gòu)成的公共數(shù)據(jù)庫。這好像沒什么特別的，不過它們有一個有趣的屬性：它們是不可變的。一旦一個區(qū)塊被添加到區(qū)塊鏈中，除非讓剩余的其余區(qū)塊失效，否則它是不會再被改變的。

這就是為什么加密貨幣是基于區(qū)塊鏈的原因。你肯定不希望人們在交易完成后再變更交易！

創(chuàng)造一個區(qū)塊

區(qū)塊鏈?zhǔn)怯稍S許多多的區(qū)塊鏈接在一起的（這聽上去好像沒毛病..）。鏈上的區(qū)塊通過某種方式允許我們檢測到是否有人操縱了之前的任何區(qū)塊。

那么我們?nèi)绾未_保數(shù)據(jù)的完整性呢？每個區(qū)塊都包含一個基于其內(nèi)容計算出來的hash。同時也包含了前一個區(qū)塊的hash。

下面是一個區(qū)塊類用JavaScript寫出來大致的樣子：

const SHA256 = require("crypto-js/sha256");
class Block {
 constructor(index, timestamp, data, previousHash = '') {
 this.index = index;
 this.previousHash = previousHash;
 this.timestamp = timestamp;
 this.data = data;
 this.hash = this.calculateHash();
 }
 calculateHash() {
 return SHA256(this.index + this.previousHash + this.timestamp + JSON.stringify(this.data)).toString();
 }
}

因為JavaScript中并不支持sha256所以我引入了 crypto-js 庫。然后我定義了一個構(gòu)造函數(shù)來初始化我區(qū)塊的屬性。每一個區(qū)塊上都被賦予了 index 屬性來告知我們這個區(qū)塊在整個鏈上的位置。我們同時也生成了一個時間戳，以及需要在區(qū)塊里存儲的一些數(shù)據(jù)。最后是前一個區(qū)塊的hash。

創(chuàng)造一個鏈

現(xiàn)在我們可以在Blockchain類中將區(qū)塊鏈接起來了！下面是用JavaScript實現(xiàn)的代碼：

class Blockchain{
 constructor() {
 this.chain = [this.createGenesisBlock()];
 }
 createGenesisBlock() {
 return new Block(0, "01/01/2017", "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;
 }
}

在構(gòu)造函數(shù)里，我通過創(chuàng)建一個包含創(chuàng)世塊的數(shù)組來初始化整個鏈。第一個區(qū)塊是特殊的，因為它不能指向前一個區(qū)塊。我還添加了下面兩個方法：

• getLatestBlock() 返回我們區(qū)塊鏈上最新的區(qū)塊。
• addBlock() 負(fù)責(zé)將新的區(qū)塊添加到我們的鏈上。為此，我們將前一個區(qū)塊的hash添加到我們新的區(qū)塊中。這樣我們就可以保持整個鏈的完整性。因為只要我們變更了最新區(qū)塊的內(nèi)容，我們就需要重新計算它的hash。當(dāng)計算完成后，我將把這個區(qū)塊推進(jìn)鏈里（一個數(shù)組）。
  

最后，我創(chuàng)建一個 isChainValid() 來確保沒有人篡改過區(qū)塊鏈。它會遍歷所有的區(qū)塊來檢查每個區(qū)塊的hash是否正確。它會通過比較 previousHash 來檢查每個區(qū)塊是否指向正確的上一個區(qū)塊。如果一切都沒有問題它會返回 true 否則會返回 false 。

使用區(qū)塊鏈

我們的區(qū)塊鏈類已經(jīng)寫完啦，可以真正的開始使用它了！

let savjeeCoin = new Blockchain();
savjeeCoin.addBlock(new Block(1, "20/07/2017", { amount: 4 }));
savjeeCoin.addBlock(new Block(2, "20/07/2017", { amount: 8 }));

在這里我僅僅是創(chuàng)建了一個區(qū)塊鏈的實例，并且命名它為SavjeeCoin！之后我在鏈上添加了一些區(qū)塊。區(qū)塊里可以包含任何你想要放的數(shù)據(jù)，不過在上面的代碼里，我選擇添加了一個帶有 amount 屬性的對象。

試著操作吧！

在介紹里我曾說過區(qū)塊鏈?zhǔn)遣豢勺兊?。一旦添加，區(qū)塊就不可能再變更了。讓我們試一下！

// 檢查是否有效(將會返回true)
console.log('Blockchain valid? ' + savjeeCoin.isChainValid());
// 現(xiàn)在嘗試操作變更數(shù)據(jù)
savjeeCoin.chain[1].data = { amount: 100 };
// 再次檢查是否有效 (將會返回false)
console.log("Blockchain valid? " + savjeeCoin.isChainValid());

我會在一開始通過運行 isChainValid() 來驗證整個鏈的完整性。我們操作過任何區(qū)塊，所以它會返回true。

之后我將鏈上的第一個（索引為1）區(qū)塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行了變更。之后我再次檢查整個鏈的完整性，發(fā)現(xiàn)它返回了false。我們的整個鏈不再有效了。

結(jié)論

這個小栗子還遠(yuǎn)未達(dá)到完成的程度。它還沒有實現(xiàn)POW（工作量證明機制）或P2P網(wǎng)絡(luò)來與其它礦工來進(jìn)行交流。

但他確實證明了區(qū)塊鏈的工作原理。許多人認(rèn)為原理會非常復(fù)雜，但這篇文章證明了區(qū)塊鏈的基本概念是非常容易理解和實現(xiàn)的。

Part2：實現(xiàn)POW(proof-of-work:工作量證明)

在part1中我們用JavaScript創(chuàng)建了一個簡單的區(qū)塊鏈來演示區(qū)塊鏈的工作原理。不過這個實現(xiàn)并不完整，很多人發(fā)現(xiàn)依舊可以篡改該系統(tǒng)。沒錯！我們的區(qū)塊鏈需要另一種機制來抵御攻擊。那么讓我們來看看我們該如何做到這一點！

問題

現(xiàn)在我們可以很快的創(chuàng)造區(qū)塊然后非常迅速的將它們添加進(jìn)我們的區(qū)塊鏈中。不過這導(dǎo)致了三個問題：

• 第一：人們可以快速創(chuàng)建區(qū)塊然后在我們的鏈里塞滿垃圾。大量的區(qū)塊會導(dǎo)致我們區(qū)塊鏈過載并讓其無法使用。
• 第二：因為創(chuàng)建一個有效的區(qū)塊太容易了，人們可以篡改鏈中的某一個區(qū)塊，然后重新計算所有區(qū)塊的hash。即使它們已經(jīng)篡改了區(qū)塊，他們?nèi)匀豢梢砸杂行У膮^(qū)塊來作為結(jié)束。
• 第三：你可以通過結(jié)合上述兩個破綻來有效控制區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈由p2p網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動，其中節(jié)點會將區(qū)塊添加到可用的最長鏈中。所以你可以篡改區(qū)塊，然后計算所有其他的區(qū)塊，最后添加多任意你想要添加的區(qū)塊。你最后會得到一個最長的鏈，所有的其它節(jié)點都會接受它然后往上添加自己的區(qū)塊。
  

顯然我們需要一個方案來解決這些問題：POW。

什么是POW

POW是在第一個區(qū)塊鏈被創(chuàng)造之前就已經(jīng)存在的一種機制。這是一項簡單的技術(shù)，通過一定數(shù)量的計算來防止濫用。工作量是防止垃圾填充和篡改的關(guān)鍵。如果它需要大量的算力，那么填充垃圾就不再值得。

比特幣通過要求hash以特定0的數(shù)目來實現(xiàn)POW。這也被稱之為 難度

不過等一下！一個區(qū)塊的hash怎么可以改變呢？在比特幣的場景下，一個區(qū)塊包含有各種金融交易信息。我們肯定不希望為了獲取正確的hash而混淆了那些數(shù)據(jù)。

為了解決這個問題，區(qū)塊鏈添加了一個 nonce 值。Nonce是用來查找一個有效Hash的次數(shù)。而且，因為無法預(yù)測hash函數(shù)的輸出，因此在獲得滿足難度條件的hash之前，只能大量組合嘗試。尋找到一個有效的hash（創(chuàng)建一個新的區(qū)塊）在圈內(nèi)稱之為挖礦。

在比特幣的場景下，POW確保每10分鐘只能添加一個區(qū)塊。你可以想象垃圾填充者需要多大的算力來創(chuàng)造一個新區(qū)塊，他們很難欺騙網(wǎng)絡(luò)，更不要說篡改整個鏈。

實現(xiàn)POW

我們該如何實現(xiàn)呢？我們先來修改我們區(qū)塊類并在其構(gòu)造函數(shù)中添加Nonce變量。我會初始化它并將其值設(shè)置為0。

constructor(index, timestamp, data, previousHash = '') {
 this.index = index;
 this.previousHash = previousHash;
 this.timestamp = timestamp;
 this.data = data;
 this.hash = this.calculateHash();
 this.nonce = 0;
}

我們還需要一個新的方法來增加Nonce，直到我們獲得一個有效hash。強調(diào)一下，這是由難度決定的。所以我們會收到作為參數(shù)的難度。

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);
}

最后，我們還需要更改一下 calculateHash() 函數(shù)。因為目前他還沒有使用Nonce來計算hash。

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

將它們結(jié)合在一起，你會得到如下所示的區(qū)塊類：

class Block {
 constructor(index, timestamp, data, previousHash = '') {
 this.index = index;
 this.previousHash = previousHash;
 this.timestamp = timestamp;
 this.data = data;
 this.hash = this.calculateHash();
 this.nonce = 0;
 }
 calculateHash() {
 return SHA256(this.index + this.previousHash + this.timestamp + JSON.stringify(this.data) + 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);
 }
}

修改區(qū)塊鏈

現(xiàn)在，我們的區(qū)塊已經(jīng)擁有Nonce并且可以被開采了，我們還需要確保我們的區(qū)塊鏈支持這種新的行為。讓我們先在區(qū)塊鏈中添加一個新的屬性來跟蹤整條鏈的難度。我會將它設(shè)置為2（這意味著區(qū)塊的hash必須以2個0開頭）。

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

現(xiàn)在剩下要做的就是改變 addBlock() 方法，以便在將其添加到鏈中之前確保實際挖到該區(qū)塊。下面我們將難度傳給區(qū)塊。

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

大功告成！我們的區(qū)塊鏈現(xiàn)在擁有了POW來抵御攻擊了。

測試

現(xiàn)在讓我們來測試一下我們的區(qū)塊鏈，看看在POW下添加一個新區(qū)塊會有什么效果。我將會使用之前的代碼。我們將創(chuàng)建一個新的區(qū)塊鏈實例然后往里添加2個區(qū)塊。

let savjeeCoin = new Blockchain();
console.log('Mining block 1');
savjeeCoin.addBlock(new Block(1, "20/07/2017", { amount: 4 }));
console.log('Mining block 2');
savjeeCoin.addBlock(new Block(2, "20/07/2017", { amount: 8 }));

如果你運行了上面的代碼，你會發(fā)現(xiàn)添加新區(qū)塊依舊非?？?。這是因為目前的難度只有2（或者你的電腦性能非常好）。

如果你創(chuàng)建了一個難度為5的區(qū)塊鏈實例，你會發(fā)現(xiàn)你的電腦會花費大概十秒鐘來挖礦。隨著難度的提升，你的防御攻擊的保護(hù)程度越高。

免責(zé)聲明

就像之前說的：這絕不是一個完整的區(qū)塊鏈。它仍然缺少很多功能（像P2P網(wǎng)路）。這只是為了說明區(qū)塊鏈的工作原理。

并且：由于單線程的原因，用JavaScript來挖礦并不快。

Part3：交易與挖礦獎勵

在前面兩部分我們創(chuàng)建了一個簡單的區(qū)塊鏈，并且加入了POW來抵御攻擊。然而我們在途中也偷了懶：我們的區(qū)塊鏈只能在一個區(qū)塊中存儲一筆交易，而且礦工沒有獎勵?，F(xiàn)在，讓我們解決這個問題！

重構(gòu)區(qū)塊類

現(xiàn)在一個區(qū)塊擁有 index , previousHash , timestamp , data , hash 和 nonce 屬性。這個 index 屬性并不是很有用，事實上我甚至不知道為什么開始我要將它添加進(jìn)去。所以我把它移除了，同時將 data 改名為 transactions 來更語義化。

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

當(dāng)我們改變區(qū)塊類時，我們也必須更改 calculateHash() 函數(shù)?，F(xiàn)在它還在使用老舊的 index 和 data 屬性。

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

交易類

在區(qū)塊內(nèi)，我們將可以存儲多筆交易。因此我們還需要定義一個交易類，一邊我們可以鎖定交易應(yīng)當(dāng)具有的屬性：

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

這個交易例子非常的簡單，僅僅包含了發(fā)起方（ fromAddress ）和接受方（ toAddress ）以及數(shù)量。如果有需求，你也可以在里面加入更多字段，不過這個只是為了最小實現(xiàn)。

調(diào)整我們的區(qū)塊鏈

當(dāng)前的最大任務(wù)：調(diào)整我們的區(qū)塊鏈來適應(yīng)這些新變化。我們需要做的第一件事就是存儲待處理交易的地方。

正如你所知道的，由于POW，區(qū)塊鏈可以穩(wěn)定的創(chuàng)建區(qū)塊。在比特幣的場景下，難度被設(shè)置成大約每10分鐘創(chuàng)建一個新區(qū)塊。但是，是可以在創(chuàng)造兩個區(qū)塊之間提交新的交易。

為了做到這一點，首先需要改變我們區(qū)塊鏈的構(gòu)造函數(shù)，以便他可以存儲待處理的交易。我們還將創(chuàng)造一個新的屬性，用于定義礦工獲得多少錢作為獎勵：

class Blockchain{
 constructor() {
  this.chain = [this.createGenesisBlock()];
  this.difficulty = 5;
  // 在區(qū)塊產(chǎn)生之間存儲交易的地方
  this.pendingTransactions = [];
  // 挖礦回報
  this.miningReward = 100;
 }
}

下一步，我們將調(diào)整我們的 addBlock() 方法。不過我的調(diào)整是指刪掉并重寫它！我們將不再允許人們直接為鏈上添加區(qū)塊。相反，他們必須將交易添加至下一個區(qū)塊中。而且我們將 addBlock() 更名為 createTransaction() ，這看起來更語義化：

createTransaction(transaction) {
 // 這里應(yīng)該有一些校驗!
 // 推入待處理交易數(shù)組
 this.pendingTransactions.push(transaction);
}

挖礦

人們現(xiàn)在可以將新的交易添加到待處理交易的列表中。但無論如何，我們需要將他們清理掉并移入實際的區(qū)塊中。為此，我們來創(chuàng)建一個 minePendingTransactions() 方法。這個方法不僅會挖掘所有待交易的新區(qū)塊，而且還會向采礦者發(fā)送獎勵。

minePendingTransactions(miningRewardAddress) {
 // 用所有待交易來創(chuàng)建新的區(qū)塊并且開挖..
 let block = new Block(Date.now(), this.pendingTransactions);
 block.mineBlock(this.difficulty);
 // 將新挖的看礦加入到鏈上
 this.chain.push(block);
 // 重置待處理交易列表并且發(fā)送獎勵
 this.pendingTransactions = [
   new Transaction(null, miningRewardAddress, this.miningReward)
 ];
}

請注意，該方法采用了參數(shù) miningRewardAddress 。如果你開始挖礦，你可以將你的錢包地址傳遞給此方法。一旦成功挖到礦，系統(tǒng)將創(chuàng)建一個新的交易來給你挖礦獎勵（在這個栗子里是100枚幣）。

有一點需要注意的是，在這個栗子中，我們將所有待處理交易一并添加到一個區(qū)塊中。但實際上，由于區(qū)塊的大小是有限制的，所以這是行不通的。在比特幣里，一個區(qū)塊的大小大概是2Mb。如果有更多的交易能夠擠進(jìn)一個區(qū)塊，那么礦工可以選擇哪些交易達(dá)成哪些交易不達(dá)成（通常情況下費用更高的交易容易獲勝）。

地址的余額

在測試我們的代碼錢讓我們再做一件事！如果能夠檢查我們區(qū)塊鏈上地址的余額將會更好。

getBalanceOfAddress(address){
 let balance = 0; // you start at zero!
 // 遍歷每個區(qū)塊以及每個區(qū)塊內(nèi)的交易
 for(const block of this.chain){
  for(const trans of block.transactions){
   // 如果地址是發(fā)起方 -> 減少余額
   if(trans.fromAddress === address){
    balance -= trans.amount;
   }
   // 如果地址是接收方 -> 增加余額
   if(trans.toAddress === address){
    balance += trans.amount;
   }
  }
 }
 return balance;
}

測試

好吧，我們已經(jīng)完成并可以最終一切是否可以正常工作！為此，我們創(chuàng)建了一些交易：

let savjeeCoin = new Blockchain();
console.log('Creating some transactions...');
savjeeCoin.createTransaction(new Transaction('address1', 'address2', 100));
savjeeCoin.createTransaction(new Transaction('address2', 'address1', 50));

這些交易目前都處于等待狀態(tài)，為了讓他們得到證實，我們必須開始挖礦：

console.log('Starting the miner...');
savjeeCoin.minePendingTransactions('xaviers-address');

當(dāng)我們開始挖礦，我們也會傳遞一個我們想要獲得挖礦獎勵的地址。在這種情況下，我的地址是 xaviers-address （非常復(fù)雜?。?/p>

之后，讓我們檢查一下 xaviers-address 的賬戶余額：

console.log('Balance of Xaviers address is', savjeeCoin.getBalanceOfAddress('xaviers-address'));
// 輸出: 0

我的賬戶輸出竟然是0？！等等，為什么？難道我不應(yīng)該得到我的挖礦獎勵么？那么，如果你仔細(xì)觀察代碼，你會看到系統(tǒng)會創(chuàng)建一個交易，然后將您的挖礦獎勵添加為新的待處理交易。這筆交易將會包含在下一個區(qū)塊中。所以如果我們再次開始挖礦，我們將收到我們的100枚硬幣獎勵！

console.log('Starting the miner again!');
savjeeCoin.minePendingTransactions("xaviers-address");
console.log('Balance of Xaviers address is', savjeeCoin.getBalanceOfAddress('xaviers-address'));
// 輸出: 100

局限性與結(jié)論

現(xiàn)在我們的區(qū)塊鏈已經(jīng)可以在一個區(qū)塊上存儲多筆交易，并且可以為礦工帶來回報。

不過，還是有一些不足：發(fā)送貨幣是，我們不檢查發(fā)起人是否有足夠的余額來實際進(jìn)行交易。然而，這其實是一件容易解決的事情。我們也沒有創(chuàng)建一個新的錢包和簽名交易（傳統(tǒng)上用公鑰/私鑰加密完成）。

免責(zé)聲明 & 源代碼

我想指出的是，這絕不是一個完整的區(qū)塊鏈實現(xiàn)！它仍然缺少很多功能。這只是為了驗證一些概念來幫助您來了解區(qū)塊鏈的工作原理。

該項目的源代碼就放在我的 GitHub

總結(jié)

以上所述是小編給大家介紹的JavaScript實現(xiàn)區(qū)塊鏈，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對腳本之家網(wǎng)站的支持！

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