Java如何实现简单的区块链程序
本篇內容主要講解“Java如何實現簡單的區塊鏈程序”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“Java如何實現簡單的區塊鏈程序”吧!
什么是區塊鏈？
那么，讓我們先來了解一下區塊鏈到底是什么…
好吧，它的起源可以追溯到Satoshi Nakamoto在2008年發表的關于比特幣的白皮書。
區塊鏈是一個分散的信息分類帳。它由通過使用密碼學連接的數據塊組成。它屬于通過公共網絡連接的節點網絡。當我們稍后嘗試構建一個基本教程時，我們將更好地理解這一點。
我們必須了解一些重要的屬性，讓我們來了解一下：
-
防篡改 ：首先，數據作為塊的一部分是防篡改的。每個塊都由一個加密摘要（通常稱為散列）引用，使得塊能夠防篡改。
-
去中心化 ：整個區塊鏈在網絡上完全去中心化。這意味著沒有主節點，網絡中的每個節點都有相同的副本。
-
透明 ：每個參與網絡的節點通過與其他節點協商一致，對其鏈進行驗證并添加新的塊。因此，每個節點都具有數據的完全可見性。
區塊鏈是如何工作的？
現在，讓我們來了解區塊鏈是如何工作的。
區塊鏈的基本單位是區塊。單個塊可以封裝多個事務或其他有價值的數據：
開采區塊
我們用散列值表示一個塊。生成塊的哈希值稱為“挖掘”塊。開采一個區塊通常計算成本很高，因為它是“工作證明”。
塊的散列通常由以下數據組成：
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首先，塊的散列由它封裝的事務組成
-
散列還包括塊創建的時間戳
-
它還包括一個nonce，一個用于密碼學的任意數字
-
最后，當前塊的散列還包括前一塊的散列
-
網絡中的多個節點可以同時競爭挖掘塊。除了生成散列，節點還必須驗證添加到塊中的事務是否合法。第一個挖方塊的人贏得比賽！
向區塊鏈中添加區塊
雖然挖掘塊的計算成本很高，但驗證塊是否合法相對容易得多。網絡中的所有節點都參與驗證新開采的區塊。
因此， 在節點一致的情況下，一個新挖掘的區塊被添加到區塊鏈中。
現在，有幾種共識協議可供我們用于驗證。網絡中的節點使用相同的協議來檢測鏈的惡意分支。因此，即使引入惡意分支，也會很快被大多數節點拒絕。
Java中的基本區塊鏈
現在我們已經有足夠的上下文開始用Java構建一個基本的應用程序。
我們這里的簡單示例將說明我們剛才看到的基本概念。生產級應用程序需要考慮很多問題，這些問題超出了本教程的范圍。不過，我們稍后將討論一些高級主題。
實現塊
首先，我們需要定義一個簡單的POJO來保存塊的數據：
publicclassBlock{
privateStringhash;
privateStringpreviousHash;
privateStringdata;
privatelongtimeStamp;
privateintnonce;
publicBlock(Stringdata,StringpreviousHash,longtimeStamp){
this.data=data;
this.previousHash=previousHash;
this.timeStamp=timeStamp;
this.hash=calculateBlockHash();
}
//standardgettersandsetters
}
讓我們了解一下我們在這里打包的東西：
nonce
計算散列
現在，我們如何計算塊的散列呢？我們已經使用了 calculateBlockHash 方法，但還沒有看到實現。在我們實現這個方法之前，花點時間來理解什么是散列是值得的。
散列是散列函數的輸出。 哈希函數將任意大小的輸入數據映射為固定大小的輸出數據。 哈希對輸入數據中的任何更改都非常敏感，無論更改多么小。
此外，僅僅從散列中獲取輸入數據是不可能的。這些屬性使得哈希函數在密碼學中非常有用。
那么，讓我們看看如何在Java中生成塊的哈希：
publicStringcalculateBlockHash(){
StringdataToHash=previousHash
+Long.toString(timeStamp)
+Integer.toString(nonce)
+data;
MessageDigestdigest=null;
byte[]bytes=null;
try{
digest=MessageDigest.getInstance("SHA-256");
bytes=digest.digest(dataToHash.getBytes(UTF_8));
}catch(NoSuchAlgorithmException|UnsupportedEncodingExceptionex){
logger.log(Level.SEVERE,ex.getMessage());
}
StringBufferbuffer=newStringBuffer();
for(byteb:bytes){
buffer.append(String.format("%02x",b));
}
returnbuffer.toString();
}
publicStringcalculateBlockHash(){
StringdataToHash=previousHash
+Long.toString(timeStamp)
+Integer.toString(nonce)
+data;
MessageDigestdigest=null;
byte[]bytes=null;
try{
digest=MessageDigest.getInstance("SHA-256");
bytes=digest.digest(dataToHash.getBytes(UTF_8));
}catch(NoSuchAlgorithmException|UnsupportedEncodingExceptionex){
logger.log(Level.SEVERE,ex.getMessage());
}
StringBufferbuffer=newStringBuffer();
for(byteb:bytes){
buffer.append(String.format("%02x",b));
}
returnbuffer.toString();
}
這里發生了很多事情，讓我們詳細了解一下：
MessageDigest
我們在那塊地上挖礦了嗎？
到目前為止，一切聽起來都簡單而優雅，只是我們還沒有開采這個區塊。那么，究竟需要挖掘一個區塊，這已經吸引了開發人員一段時間的想象力！
嗯，挖掘一個區塊意味著為這個區塊解決一個計算復雜的任務。雖然計算一個塊的散列有點瑣碎，但找到以五個零開始的散列卻不是。更復雜的是找到一個以十個零開始的散列，我們就得到了一個大概的想法。
那么，我們到底該怎么做呢？老實說，這個解決方案沒有那么花哨！我們是用蠻力來達到這個目標的。我們在這里使用 nonce ：
publicStringmineBlock(intprefix){
StringprefixString=newString(newchar[prefix]).replace('\0','0');
while(!hash.substring(0,prefix).equals(prefixString)){
nonce++;
hash=calculateBlockHash();
}
returnhash;
}
讓我們看看我們要做的是：
nonce
我們從默認值 nonce 開始，并將其遞增1。但是，在現實世界的應用程序中，有更復雜的策略來啟動和增加一個瞬間。另外，我們這里沒有驗證我們的數據，這通常是一個重要的部分。
讓我們運行這個示例
現在我們已經定義了塊及其函數，我們可以用它來創建一個簡單的區塊鏈。我們將此存儲在 ArrayList 中：
List<Block>blockchain=newArrayList<>();
intprefix=4;
StringprefixString=newString(newchar[prefix]).replace('\0','0');
此外，我們還定義了一個前綴4，這實際上意味著我們希望哈希以4個零開始。
讓我們看看如何在這里添加塊：
@Test
publicvoidgivenBlockchain_whenNewBlockAdded_thenSuccess(){
BlocknewBlock=newBlock(
"TheisaNewBlock.",
blockchain.get(blockchain.size()-1).getHash(),
newDate().getTime());
newBlock.mineBlock(prefix);
assertTrue(newBlock.getHash().substring(0,prefix).equals(prefixString));
blockchain.add(newBlock);
}
區塊鏈驗證
節點如何驗證區塊鏈的有效性？雖然這可能相當復雜，但讓我們考慮一個簡單的版本：
@Test
publicvoidgivenBlockchain_whenValidated_thenSuccess(){
booleanflag=true;
for(inti=0;i<blockchain.size();i++){
StringpreviousHash=i==0?"0":blockchain.get(i-1).getHash();
flag=blockchain.get(i).getHash().equals(blockchain.get(i).calculateBlockHash())
&&previousHash.equals(blockchain.get(i).getPreviousHash())
&&blockchain.get(i).getHash().substring(0,prefix).equals(prefixString);
if(!flag)break;
}
assertTrue(flag);
}
因此，我們對每個街區進行三次具體檢查：
-
當前塊存儲的哈希值實際上是它計算的值
-
當前塊中存儲的前一塊的哈希就是前一塊的哈希
-
當前區塊已被開采
一些先進的概念
雖然我們的基本示例介紹了區塊鏈的基本概念，但它肯定不完整。要將這項技術投入實際應用，還需要考慮其他幾個因素。
雖然不可能詳細說明所有這些問題，但我們還是來看看其中一些重要的問題：
交易驗證
計算塊的散列并找到所需的散列只是挖掘的一部分。數據塊由數據組成，通常以多個事務的形式出現。在將其作為區塊的一部分并開采之前，必須對其進行驗證。
區塊鏈的典型實現 對一個區塊可以包含多少數據設置了限制。它還設置了如何驗證事務的規則。網絡中的多個節點參與驗證過程。
替代協商一致議定書
我們看到像“工作證明”這樣的共識算法被用來挖掘和驗證一個塊。然而，這并不是唯一可用的一致性算法。
還有其他幾種共識算法可供選擇，如利害關系證明、權威性證明和權重證明。所有這些都有其利弊。使用哪一種取決于我們打算設計的應用程序的類型。
采礦獎勵
區塊鏈網絡通常由自愿節點組成。現在，為什么會有人想為這個復雜的過程做出貢獻，并保持它的合法性和增長？
這是因為 節點因驗證事務和挖掘塊而獲得獎勵 。這些獎勵通常是與申請相關聯的硬幣形式。但是一個應用程序可以決定獎勵是任何有價值的東西。
節點類型
區塊鏈完全依賴其網絡來運作。理論上，網絡是完全分散的，每個節點都是平等的。然而，在實踐中，一個網絡由多種類型的節點組成。
完整節點有完整的事務列表，而輕型節點只有部分列表。此外，并非所有節點都參與驗證和確認。
保密通信
區塊鏈技術的一個特點是它的開放性和匿名性。但它如何為內部進行的交易提供安全性呢？這是基于密碼學和公鑰基礎設施。
事務的發起方使用他們的私鑰來保護它，并將它附加到接收方的公鑰上。節點可以使用參與者的公鑰來驗證事務。
區塊鏈的實際應用
因此，區塊鏈似乎是一項令人興奮的技術，但它也必須證明是有用的。這項技術已經存在了一段時間，而且——不用說——它已被證明在許多領域具有破壞性。
它在許多其他領域的應用正在積極進行。讓我們了解一下最流行的應用程序：
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貨幣 ：由于比特幣的成功，這是迄今為止最古老和最廣為人知的區塊鏈應用。它們為全球人民提供安全無摩擦的資金，而無需任何中央當局或政府干預。
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身份 ：數字身份正在迅速成為當今世界的常態。然而，這是深陷安全問題和篡改。區塊鏈以完全安全和防篡改的身份徹底改變這一領域是不可避免的。
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醫療保健 ：醫療保健行業充滿了數據，主要由中央當局處理。這會降低處理此類數據的透明度、安全性和效率。區塊鏈技術可以提供一個沒有任何第三方提供急需信任的系統。
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政府 ：這也許是一個很容易被區塊鏈技術破壞的領域。政府通常是一些公民服務的中心，這些服務往往充斥著低效和腐敗。區塊鏈可以幫助建立更好的政府與公民關系。
行業工具
雖然我們在這里的基本實現有助于引出概念，但從頭開始在區塊鏈上開發產品是不實際的。謝天謝地，這個領域現在已經成熟了，我們確實有一些非常有用的工具可以開始。
讓我們來看看一些流行的工具，以便在這個空間中工作：
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Solidity ：Solidity是一種靜態類型的面向對象編程語言，用于編寫智能合約。它可以用于在以太坊等各種區塊鏈平臺上編寫智能合約。
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RemixIDE ：Remix是一個強大的開源工具，可以穩定地編寫智能合約。這樣用戶就可以直接從瀏覽器中編寫智能合約。
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Truffle套件 ：Truffle提供了一系列工具來幫助開發人員開始開發分布式應用程序。這包括松露、甘納切和細雨。
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Ethlint/Solium ：Solium允許開發人員確保他們在Solidity上編寫的智能合約沒有樣式和安全問題。Solium也有助于解決這些問題。
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Parity ：Parity有助于建立以太智能合約的開發環境。它提供了一種與區塊鏈交互的快速和安全的方式。
小結
總之，在本文中，我們介紹了區塊鏈技術的基本概念。我們了解了網絡如何挖掘并在區塊鏈中添加新區塊。此外，我們還用Java實現了基本概念。我們還討論了與此技術相關的一些高級概念。
最后，我們總結了區塊鏈的一些實際應用以及可用的工具。
完整代碼地址： https://github.com/eugenp/tutorials/tree/master/java-blockchain
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Java如何实现简单的区块链程序的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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