使用C#編寫自己的區(qū)塊鏈挖礦算法
什么是加密貨幣挖掘?
一個(gè)加密貨幣的價(jià)值體現(xiàn)在它的稀缺性上,如果任何人都可以任意構(gòu)造一個(gè)比特幣,那么比特幣就毫無價(jià)值,所以比特幣的區(qū)塊鏈會(huì)讓參與者完成一項(xiàng)“工作”,根據(jù)這個(gè)工作的最終結(jié)果還分發(fā)比特幣,這個(gè)過程就被叫做“挖礦”。這就類似于一個(gè)黃金礦工花一些時(shí)間來工作,然后獲得一點(diǎn)黃金。
挖礦的原理
如果你百度/谷歌搜索 比特幣挖礦的原理 的話,都會(huì)給你說是計(jì)算一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題而已,但是這么說的話太籠統(tǒng)而且也太簡單。采礦引擎如何工作這是一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn),所以我們需要了解一些密碼學(xué)知識(shí)和哈希算法相關(guān)的知識(shí),才能知道挖礦的基本原理。
哈希/散列介紹
單向加密人類能夠理解的輸入,例如 Hello World ,并將其扔到某個(gè)加密函數(shù)(即所謂的復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題),加密函數(shù)的算法越復(fù)雜,逆向工程就越困難。
例如一個(gè) SHA - 256 的例子,這個(gè)網(wǎng)站(鏈接: http://tool.oschina.net/encrypt?type=2 )可以很快的計(jì)算散列值,讓我們來散列 “Hello World” 看看會(huì)得到什么結(jié)果:
不管你試驗(yàn)幾次都會(huì)得到一樣的散列值,在編程中這種被稱之為冪等性。
加密算法的一個(gè)基本特性就是,它們很難通過逆向工程來得到明文結(jié)果,但是十分容易驗(yàn)證他們的加密結(jié)果,例如這里的 “Hello World” 很難通過逆向工程得到他的原明文結(jié)果,比特幣采用的是 Double SHA-256 也就是將明文通過 SHA-256 計(jì)算過一次之后,再拿 SHA-256 針對(duì)散列值再次進(jìn)行計(jì)算,在這里我們只使用 SHA-256 來進(jìn)行加密。
工作證明
比特幣通過讓參與者散列隨機(jī)的字母與數(shù)字的組合,直到計(jì)算出來的散列包含前導(dǎo) 0。
例如我們計(jì)算 886 的散列值可以得到如下結(jié)果:
000f21ac06aceb9cdd0575e82d0d85fc39bed0a7a1d71970ba1641666a44f530
它返回了 3 個(gè) 0 作為前綴的散列值,但是我們?cè)趺粗?886 計(jì)算出來的散列結(jié)果產(chǎn)生了 3 個(gè) 0呢?
答案是我并不需要知道。我需要知道礦工給我的散列值前導(dǎo)有幾個(gè)零就好了,并不需要復(fù)雜的算法來驗(yàn)證整個(gè)散列值的有效性。
比特幣則稍微復(fù)雜一點(diǎn),它每隔 10 分鐘生成一個(gè)新的區(qū)塊,新區(qū)塊的散列值的難度它可以動(dòng)態(tài)調(diào)整,就類似于 CLR 的 GC 一樣,它可以根據(jù)目前挖礦的人數(shù)來進(jìn)行難度動(dòng)態(tài)調(diào)整,如果挖礦的人多的話,則調(diào)高難度,少則調(diào)低。
動(dòng)手開發(fā)
1.項(xiàng)目配置
首先新建一個(gè) Asp.Net Core 項(xiàng)目,然后選擇 Empty Project(空項(xiàng)目) 類型,建立完成后無需進(jìn)行任何配置。
2.數(shù)據(jù)模型
這里我們來創(chuàng)建一個(gè)具體的區(qū)塊數(shù)據(jù)模型,使用的是 Struct 結(jié)構(gòu)體。
public struct Block { /// <summary> /// 區(qū)塊位置 /// </summary> public int Index { get; set; } /// <summary> /// 區(qū)塊生成時(shí)間戳 /// </summary> public string TimeStamp { get; set; } /// <summary> /// 心率數(shù)值 /// </summary> public int BPM { get; set; } /// <summary> /// 區(qū)塊 SHA-256 散列值 /// </summary> public string Hash { get; set; } /// <summary> /// 前一個(gè)區(qū)塊 SHA-256 散列值 /// </summary> public string PrevHash { get; set; } /// <summary> /// 下一個(gè)區(qū)塊生成難度 /// </summary> public int Difficulty { get; set; } /// <summary> /// 隨機(jī)值 /// </summary> public string Nonce { get; set; } }
Difficulty 是一個(gè)整形,他定義了我們希望得到哈希前導(dǎo) 0 的數(shù)量,前導(dǎo) 0 越多,生成正確的散列值就越困難,我們現(xiàn)在從 1 開始。
Nonce 則是每次計(jì)算塊散列值所需要的隨機(jī)值。
3. 工作證明
我們首先添加一個(gè)新的方法來驗(yàn)證生成的散列值是否包含指定數(shù)量的前導(dǎo) 0 :
/// <summary> /// 校驗(yàn) Hash 是否有效 /// </summary> /// <param name="hashStr">Hash 值</param> /// <param name="difficulty">難度</param> /// <returns></returns> public static bool IsHashValid(string hashStr, int difficulty) { var bytes = Enumerable.Range(0, hashStr.Length) .Where(n => n % 2 == 0) .Select(n => Convert.ToByte(hashStr.Substring(n, 2), 16)) .ToArray(); var bits = new BitArray(bytes); for (var i = 0; i < difficulty; i++) { if (bits[i]) return false; } return true; }
然后我們更改了之前區(qū)塊 Hash 的生成方法:
/// <summary> /// 計(jì)算區(qū)塊 HASH 值 /// </summary> /// <param name="block">區(qū)塊實(shí)例</param> /// <returns>計(jì)算完成的區(qū)塊散列值</returns> public static string CalculateHash(Block block) { string calculationStr = $"{block.Index}{block.TimeStamp}{block.BPM}{block.PrevHash}{block.Nonce}"; SHA256 sha256Generator = SHA256.Create(); byte[] sha256HashBytes = sha256Generator.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(calculationStr)); StringBuilder sha256StrBuilder = new StringBuilder(); foreach (byte @byte in sha256HashBytes) { sha256StrBuilder.Append(@byte.ToString("x2")); } return sha256StrBuilder.ToString(); }
在這里我們新增新增了 Nonce 隨機(jī)值作為散列生成的依據(jù)。
那么我們生成新區(qū)塊的時(shí)候就順便來挖礦吧:
/// <summary> /// 生成新的區(qū)塊 /// </summary> /// <param name="oldBlock">舊的區(qū)塊數(shù)據(jù)</param> /// <param name="BPM">心率</param> /// <returns>新的區(qū)塊</returns> public static Block GenerateBlock(Block oldBlock, int BPM) { Block newnewBlock = new Block() { Index = oldBlock.Index + 1, TimeStamp = CalculateCurrentTimeUTC(), BPMBPM = BPM, PrevHash = oldBlock.Hash, DifficultyDifficulty = Difficulty }; // 挖礦 ing... for (int i = 0; ; i++) { newBlock.Nonce = i.ToString("x2"); if (!IsHashValid(CalculateHash(newBlock), Difficulty)) { Console.WriteLine($"目前結(jié)果:{CalculateHash(newBlock)} ,正在計(jì)算中..."); Task.Delay(1); continue; } else { Console.WriteLine($"目前結(jié)果:{CalculateHash(newBlock)} ,計(jì)算完畢..."); newBlock.Hash = CalculateHash(newBlock); break; } } // 原有代碼 // newBlock.Hash = CalculateHash(newBlock); return newBlock; }
效果
結(jié)語
其實(shí)代碼并不復(fù)雜,但是這幾十行代碼表明了區(qū)塊鏈挖礦的本質(zhì),后面你可以參考原文實(shí)現(xiàn) P2P 與 股權(quán)權(quán)益證明方法與智能合約。
總結(jié)
以上所述是小編給大家介紹的使用C#編寫自己的區(qū)塊鏈挖礦算法,希望對(duì)大家有所幫助,如果大家有任何疑問請(qǐng)給我留言,小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持!
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