Java如何開發區塊鏈

這篇文章主要介紹“Java如何開發區塊鏈”，在日常操作中，相信很多人在Java如何開發區塊鏈問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Java如何開發區塊鏈”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

創建區塊鏈

區塊鏈就是一串或者是一系列區塊的集合，類似于鏈表的概念，每個區塊都指向于后面一個區塊，然后順序的連接在一起。那么每個區塊中的內容是什么呢？在區塊鏈中的每一個區塊都存放了很多很有價值的信息，主要包括三個部分：自己的數字簽名，上一個區塊的數字簽名，還有一切需要加密的數據（這些數據在比特幣中就相當于是交易的信息，它是加密貨幣的本質）。每個數字簽名不但證明了自己是特有的一個區塊，而且指向了前一個區塊的來源，讓所有的區塊在鏈條中可以串起來，而數據就是一些特定的信息，你可以按照業務邏輯來保存業務數據。

這里的hash指的就是數字簽名

所以每一個區塊不僅包含前一個區塊的hash值，同時包含自身的一個hash值，自身的hash值是通過之前的hash值和數據data通過hash計算出來的。如果前一個區塊的數據一旦被篡改了，那么前一個區塊的hash值也會同樣發生變化（因為數據也被計算在內），這樣也就導致了所有后續的區塊中的hash值。所以計算和比對hash值會讓我們檢查到當前的區塊鏈是否是有效的，也就避免了數據被惡意篡改的可能性，因為篡改數據就會改變hash值并破壞整個區塊鏈。

定義區塊鏈的類Block：

import java.util.Date;public class Block {public String hash;public String previousHash;private String data; //our data will be a simple message.private long timeStamp; //as number of milliseconds since 1/1/1970.//Block Constructor.public Block(String data,String previousHash ) {this.data = data;this.previousHash = previousHash;this.timeStamp = new Date().getTime();
    }
}

正如你可以看到我們的基本塊包含String hash，它將保存我們的數字簽名。變量previoushash保存前一個塊的hash和String data來保存我們的塊數據

創建數字簽名

熟悉加密算法的朋友們，Java方式可以實現的加密方式有很多，例如BASE、MD、RSA、SHA等等，我在這里選用了SHA256這種加密方式，SHA（Secure Hash Algorithm）安全散列算法，這種算法的特點是數據的少量更改會在Hash值中產生不可預知的大量更改，hash值用作表示大量數據的固定大小的唯一值，而SHA256算法的hash值大小為256位。之所以選用SHA256是因為它的大小正合適，一方面產生重復hash值的可能性很小，另一方面在區塊鏈實際應用過程中，有可能會產生大量的區塊，而使得信息量很大，那么256位的大小就比較恰當了。

下面我創建了一個StringUtil方法來方便調用SHA256算法

import java.security.MessageDigest;

public class StringUtil {//Applies Sha256 to a string and returns the result. public static String applySha256(String input){     try {
            MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");            //Applies sha256 to our input, byte[] hash = digest.digest(input.getBytes("UTF-8"));           StringBuffer hexString = new StringBuffer(); // This will contain hash as hexidecimalfor (int i = 0; i < hash.length; i++) {String hex = Integer.toHexString(0xff & hash[i]);if(hex.length() == 1) hexString.append('0');
                hexString.append(hex);
            }return hexString.toString();
        }catch(Exception e) {throw new RuntimeException(e);
        }
    }   
}

或許你不完全理解上述代碼的含義，但是你只要理解所有的輸入調用此方法后均會生成一個獨一無二的hash值（數字簽名），而這個hash值在區塊鏈中是非常重要的。

接下來讓我們在Block類中應用 方法 applySha256 方法，其主要的目的就是計算hash值，我們計算的hash值應該包括區塊中所有我們不希望被惡意篡改的數據，在我們上面所列的Block類中就一定包括previousHash，data和timeStamp，

public String calculateHash() {String calculatedhash = StringUtil.applySha256( 
            previousHash +
            Long.toString(timeStamp) +
            data 
            );return calculatedhash;
}

然后把這個方法加入到Block的構造函數中去

public Block(String data,String previousHash ) {this.data = data;this.previousHash = previousHash;this.timeStamp = new Date().getTime();this.hash = calculateHash(); //Making sure we do this after we set the other values.}

測試

在主方法中讓我們創建一些區塊，并把其hash值打印出來，來看看是否一切都在我們的掌控中。

第一個塊稱為創世塊，因為它是頭區塊，所以我們只需輸入“0”作為前一個塊的previous hash。

public class NoobChain {public static void main(String[] args) {

        Block genesisBlock = new Block("Hi im the first block", "0");
        System.out.println("Hash for block 1 : " + genesisBlock.hash);

        Block secondBlock = new Block("Yo im the second block",genesisBlock.hash);
        System.out.println("Hash for block 2 : " + secondBlock.hash);

        Block thirdBlock = new Block("Hey im the third block",secondBlock.hash);
        System.out.println("Hash for block 3 : " + thirdBlock.hash);

    }
}

打印輸出結果：

Hash for block 1: f6d1bc5f7b0016eab53ec022db9a5d9e1873ee78513b1c666696e66777fe55fb
Hash for block 2: 6936612b3380660840f22ee6cb8b72ffc01dbca5369f305b92018321d883f4a3
Hash for block 3: f3e58f74b5adbd59a7a1fc68c97055d42e94d33f6c322d87b29ab20d3c959b8f

每一個區塊都必須要有自己的數據簽名即hash值，這個hash值依賴于自身的信息（data）和上一個區塊的數字簽名（previousHash），但這個還不是區塊鏈，下面讓我們存儲區塊到數組中，這里我會引入gson包，目的是可以用json方式查看整個一條區塊鏈結構。

import java.util.ArrayList;
import com.google.gson.GsonBuilder;public class NoobChain {public static ArrayList<Block> blockchain = new ArrayList<Block>(); public static void main(String[] args) {    //add our blocks to the blockchain ArrayList:blockchain.add(new Block("Hi im the first block", "0"));        
        blockchain.add(new Block("Yo im the second block",blockchain.get(blockchain.size()-1).hash)); 
        blockchain.add(new Block("Hey im the third block",blockchain.get(blockchain.size()-1).hash));

        String blockchainJson = new GsonBuilder().setPrettyPrinting().create().toJson(blockchain);      
        System.out.println(blockchainJson);
    }

}

這樣的輸出結構就更類似于我們所期待的區塊鏈的樣子。

檢查區塊鏈的完整性

在主方法中增加一個isChainValid()方法，目的是循環區塊鏈中的所有區塊并且比較hash值，這個方法用來檢查hash值是否是于計算出來的hash值相等，同時previousHash值是否和前一個區塊的hash值相等。或許你會產生如下的疑問，我們就在一個主函數中創建區塊鏈中的區塊，所以不存在被修改的可能性，但是你要注意的是，區塊鏈中的一個核心概念就是去中心化，每一個區塊可能是在網絡中的某一個節點中產生的，所以很有可能某個節點把自己節點中的數據修改了，那么根據上述的理論數據改變會導致整個區塊鏈的破裂，也就是區塊鏈就無效了。

public static Boolean isChainValid() {
    Block currentBlock; 
    Block previousBlock;//loop through blockchain to check hashes:for(int i=1; i < blockchain.size(); i++) {
        currentBlock = blockchain.get(i);
        previousBlock = blockchain.get(i-1);//compare registered hash and calculated hash:if(!currentBlock.hash.equals(currentBlock.calculateHash()) ){
            System.out.println("Current Hashes not equal");         return false;
        }//compare previous hash and registered previous hashif(!previousBlock.hash.equals(currentBlock.previousHash) ) {
            System.out.println("Previous Hashes not equal");return false;
        }
    }return true;
}

任何區塊鏈中區塊的一絲一毫改變都會導致這個函數返回false，也就證明了區塊鏈無效了。

在比特幣網絡中所有的網絡節點都分享了它們各自的區塊鏈，然而最長的有效區塊鏈是被全網所統一承認的，如果有人惡意來篡改之前的數據，然后創建一條更長的區塊鏈并全網發布呈現在網絡中，我們該怎么辦呢？這就涉及到了區塊鏈中另外一個重要的概念工作量證明，這里就不得不提及一下hashcash，這個概念最早來自于Adam Back的一篇論文，主要應用于郵件過濾和比特幣中防止雙重支付。

挖礦

這里我們要求挖礦者做工作量證明，具體的方式是在區塊中嘗試不同的參數值直到它的hash值是從一系列的0開始的。讓我們添加一個名為nonce的int類型以包含在我們的calculatehash（）方法中，以及需要的mineblock（）方法。

import java.util.Date;public class Block {public String hash;public String previousHash; private String data; //our data will be a simple message.private long timeStamp; //as number of milliseconds since 1/1/1970.private int nonce;//Block Constructor.  public Block(String data,String previousHash ) {this.data = data;this.previousHash = previousHash;this.timeStamp = new Date().getTime();this.hash = calculateHash(); //Making sure we do this after we set the other values.}//Calculate new hash based on blocks contentspublic String calculateHash() {
        String calculatedhash = StringUtil.applySha256( 
                previousHash +
                Long.toString(timeStamp) +
                Integer.toString(nonce) + 
                data 
                );return calculatedhash;
    }public void mineBlock(int difficulty) {
        String target = new String(new char[difficulty]).replace('\0', '0'); //Create a string with difficulty * "0">while(!hash.substring( 0, difficulty).equals(target)) {
            nonce ++;
            hash = calculateHash();
        }
        System.out.println("Block Mined!!! : " + hash);
    }
}

mineBlock()方法中引入了一個int值稱為difficulty難度，低的難度比如1和2，普通的電腦基本都可以馬上計算出來，我的建議是在4-6之間進行測試，普通電腦大概會花費3秒時間，在萊特幣中難度大概圍繞在442592左右，而在比特幣中每一次挖礦都要求大概在10分鐘左右，當然根據所有網絡中的計算能力，難度也會不斷的進行修改。

我們在NoobChain類 中增加difficulty這個靜態變量。

public static int difficulty = 5;

這樣我們必須修改主方法中讓創建每個新區塊時必須觸發mineBlock()方法，而isChainValid()方法用來檢查每個區塊的hash值是否正確，整個區塊鏈是否是有效的。

import java.util.ArrayList;
import com.google.gson.GsonBuilder;public class NoobChain {public static ArrayList<Block> blockchain = new ArrayList<Block>();public static int difficulty = 5;public static void main(String[] args) {    //add our blocks to the blockchain ArrayList:blockchain.add(new Block("Hi im the first block", "0"));
        System.out.println("Trying to Mine block 1... ");
        blockchain.get(0).mineBlock(difficulty);

        blockchain.add(new Block("Yo im the second block",blockchain.get(blockchain.size()-1).hash));
        System.out.println("Trying to Mine block 2... ");
        blockchain.get(1).mineBlock(difficulty);

        blockchain.add(new Block("Hey im the third block",blockchain.get(blockchain.size()-1).hash));
        System.out.println("Trying to Mine block 3... ");
        blockchain.get(2).mineBlock(difficulty);    

        System.out.println("\nBlockchain is Valid: " + isChainValid());

        String blockchainJson = new GsonBuilder().setPrettyPrinting().create().toJson(blockchain);
        System.out.println("\nThe block chain: ");
        System.out.println(blockchainJson);
    }public static Boolean isChainValid() {
        Block currentBlock; 
        Block previousBlock;
        String hashTarget = new String(new char[difficulty]).replace('\0', '0');//loop through blockchain to check hashes:for(int i=1; i < blockchain.size(); i++) {
            currentBlock = blockchain.get(i);
            previousBlock = blockchain.get(i-1);//compare registered hash and calculated hash:if(!currentBlock.hash.equals(currentBlock.calculateHash()) ){
                System.out.println("Current Hashes not equal");         return false;
            }//compare previous hash and registered previous hashif(!previousBlock.hash.equals(currentBlock.previousHash) ) {
                System.out.println("Previous Hashes not equal");return false;
            }//check if hash is solvedif(!currentBlock.hash.substring( 0, difficulty).equals(hashTarget)) {
                System.out.println("This block hasn't been mined");return false;
            }
        }return true;
    }
}

打印：

Connected to the target VM, address: '127.0.0.1:61863', transport: 'socket'Trying to Mine block 1... 
Block Mined!!! : 0000016667d4240e9c30f53015310b0ec6ce99032d7e1d66d670afc509cab082
Trying to Mine block 2... 
Block Mined!!! : 000002ea55735bea4cac7e358c7b0d8d81e8ca24021f5f85211bf54fd4ac795a
Trying to Mine block 3... 
Block Mined!!! : 000000576987e5e9afbdf19b512b2b7d0c56db0e6ca49b3a7e638177f617994b

Blockchain is Valid: true
[
  {"hash": "0000016667d4240e9c30f53015310b0ec6ce99032d7e1d66d670afc509cab082","previousHash": "0","data": "first","timeStamp": 1520659506042,"nonce": 618139
  },
  {"hash": "000002ea55735bea4cac7e358c7b0d8d81e8ca24021f5f85211bf54fd4ac795a","previousHash": "0000016667d4240e9c30f53015310b0ec6ce99032d7e1d66d670afc509cab082","data": "second","timeStamp": 1520659508825,"nonce": 1819877
  },
  {"hash": "000000576987e5e9afbdf19b512b2b7d0c56db0e6ca49b3a7e638177f617994b","previousHash": "000002ea55735bea4cac7e358c7b0d8d81e8ca24021f5f85211bf54fd4ac795a","data": "third","timeStamp": 1520659515910,"nonce": 1404341
  }
]

經過測試增加一個新的區塊即挖礦必須花費一定時間，大概是3秒左右，你可以提高difficulty難度來看，它是如何影響數據難題所花費的時間的。如果有人在你的區塊鏈系統中惡意篡改數據：

• 他們的區塊鏈是無效的。

• 他們無法創建更長的區塊鏈

• 網絡中誠實的區塊鏈會在長鏈中更有時間的優勢

因為篡改的區塊鏈將無法趕上長鏈和有效鏈，除非他們比你網絡中所有的節點擁有更大的計算速度，可能是未來的量子計算機或者是其他什么。

到此，關于“Java如何開發區塊鏈”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！