使用 JavaScript 解释区块链(Blockchain)

创造性就是发明、实验、成长、冒险、犯规、犯错和享受乐趣。 ——<玛丽·卢·库克>

作者：Ashish Lahoti
译者：cl9000
来源：https://codingnconcepts.com/javascript/blockchain-explained-using-javascript/

在本文中，我们将学习如何使用 JavaScript 实现区块链。

环境条件

下载并安装NodeJs - https://nodejs.org/zh-cn/来运行我们的区块链代码
下载并安装用于代码开发的Visual Studio Code IDE - Visual Studio Code IDE

如果你之前没有 JavaScript、NodeJS 和 VSCode 方面的经验，也不必担心。只要跟随本文，你将学习区块链的基础知识，你可以稍后使用其它任何语言实现。

区块链 Blockchain

区块链只不过是一个数字的、分布式的、不可变的和可信的账本，它可以用来记录从金融交易、政府记录到土地所有权，甚至是购买订单的任何事情。

每个交易记录都是一个块，按时间顺序连接在一起，形成一个块链。如果你想改变一个特定块中的记录，你不需要重写它。相反，更改被记录在一个新的块中。

也请阅读区块链基础知识及其实用用例

块 Block

让我们看看区块链中一个典型的块是由什么组成的

Timestamp（时间戳） 是事务发生时的日期和时间。
Record（记录） 通常包含交易的详细信息，如发送方、接收方、金额等。我们将在我们的程序中使用发送方和接收方的实际名称，但在像 比特币（bitcoin） 这样的实际用例中，实际名称不会被披露，而是使用发送方和接收方的数字签名（digital signature）。
Hash（哈希）是代表区块中交易的数字指纹，是完全唯一的。如果事务细节有任何变化，Hash（哈希）也会发生变化。通常，它是通过对事务细节应用 SHA-256 等加密算法生成的字母数字序列。
Previous Hash 是区块链中前一个块的 Hash 值。这也用于生成块的Hash（哈希）。
Nonce 是“number only use once”的缩写，它是一个添加到区块链块中的数字，再Hash（哈希）后，该数字满足难度级别限制。稍后我们将对此进行更多讨论

步骤1:创建Block (Block .js)

现在我们知道了块由什么组成，我们来创建它

const SHA256 = require('crypto-js/sha256');

class Block {
    constructor(timestamp, previousHash, record, difficultyLevel) {
        this.timestamp = timestamp;
        this.record = record;
        this.previousHash = previousHash;
        const proofOfWork = this.proofOfWork(difficultyLevel);
        this.hash = proofOfWork.hash;
        this.nonce = proofOfWork.nonce;
    }

     /* Genesis Block */
    static genesis() {
        return new this(new Date(), 
            "",
            "GENESIS"
        );
    }

    /* Block Mining */
    static mineBlock(previousBlock, record, difficultyLevel) {
        const timestamp = new Date();
        const previousHash = previousBlock.hash;
        return new Block(timestamp, previousHash, record, difficultyLevel);
    }

    /* Generate Hash using SHA256 */
    static computeHash(message){
        return SHA256(message).toString();
    }

    /* Proof of Work */
    proofOfWork(difficultyLevel) {
        const message = this.timestamp + JSON.stringify(this.record) + this.previousHash;
        if(difficultyLevel){          
            const leadingZeros = "0".repeat(difficultyLevel);
            let nonce = 0;
            while(true){
                let hash =  Block.computeHash(message + nonce);
                if(hash.substring(0, difficultyLevel) == leadingZeros){             
                    return {
                        hash,
                        nonce
                    };
                }
                nonce++;
            }
        }else{
            return {
                hash: Block.computeHash(message),
                nonce: 0
            }
        }       
    }
}

module.exports = Block;

再来理解几个术语

Genesis Block（创世区块） 是区块链中第一个没有任何交易细节和先前哈希的区块。这通常是在创建区块链时添加的。也被称为零块
Difficulty Level （难度等级） 是对块生成哈希值的限制。难度越高，生成哈希所需的时间就越多。
Block Mining（块挖掘） 是将一个新块添加到区块链的过程。谁添加了新的块被称为 块矿工，在比特币的情况下也称为比特币矿工。任何人都可以注册他们的电脑成为 比特币矿工 之一，以像比特币这样的公开区块链。所有的 比特币矿工 在比特币网络得到整个区块链的副本，当一个新的块被添加到区块链时，每个都接收到一个通知。。
Proof of Work（工作量证明） 是区块链中的每个块矿工都试图解决的一个加密哈希谜题。一旦一个区块矿工解决了这个难题，本质上意味着生成了具有上述难度等级的区块的哈希值，他们将这个消息传播到区块链网络，哈希值由网络中所有其他区块矿工验证。

对我们来说什么是工作证明?

工作量证明是根据难度级别生成以0开头的哈希。
难度级别5表示，生成带有5个以0开头的哈希，例如 00000b4d7m3h1s0k2s8bw0hn382

我们将如何实现？

我们将通过对交易明细和现时值应用 SHA-256 算法来计算哈希。我们将从 0 的随机数开始，一直递增，直到找到达到难度级别并以0开头的哈希。
我们将通过对事务细节和nonce 值应用 SHA-256 算法来计算哈希值。我们将从 nonce 值为 0 开始，并一直递增，直到找到具有难度级别并以0开头的哈希值。

步骤2：建立区块链（blockchain.js）

现在已经学到了很多术语，我们来快速创建一个区块链

const Block = require('./block');

class Blockchain {

    constructor() {
        this.difficultyLevel = 1;
        this.chain = [Block.genesis()];
    }

    addBlock(record) {
        const newBlock = Block.mineBlock(this.chain[this.chain.length-1], record, this.difficultyLevel);
        this.chain.push(newBlock);
    }
}

module.exports = Blockchain;

步骤3：测试区块链（server.js）

让我们创建一些带有随机发送方、接收方和金额细节的交易块。同时，让我们在每2次交易后增加难度等级。

const Blockchain = require('./blockchain')
const { performance } = require('perf_hooks');

const blockchain = new Blockchain();

const userList = ["Alice", "Bob", "Charlie", "David", "Eric", "Franklin", "Gavin", "Harry", "Iris", 
                "Joey", "Kate", "Leo", "Monica", "Nancy", "Oscar", "Phoebe", "Quinn", "Ross", 
                "Sofia", "Tyler", "Umar", "Victor", "Wilson", "Xena", "Yasmine", "Zara"];

const addNBlocks = (n) => {
    for(let i = 0; i < n; i++) {
        blockchain.addBlock({
            sender: userList[Math.floor(Math.random() * userList.length)],
            receiver: userList[Math.floor(Math.random() * userList.length)],
            amount: Math.floor(Math.random() * 1000)
        });
    }
}

const t0 = performance.now();
addNBlocks(2);
var t1 = performance.now()
console.log("[Difficulty Level 1] Added first 2 blocks in  " + (t1 - t0) + " milliseconds.")

blockchain.difficultyLevel = 3;
addNBlocks(2);
var t2 = performance.now()
console.log("[Difficulty Level 3] Added next 2 blocks in  " + (t2 - t1) + " milliseconds.")

blockchain.difficultyLevel = 5;
addNBlocks(2);
var t3 = performance.now()
console.log("[Difficulty Level 5] Added next 2 blocks in  " + (t3 - t2) + " milliseconds.")

/* Print Blockchain*/
console.log(blockchain.chain);

现在一切都准备好了，转到终端并运行以下命令

1 2	npm install --save crypto-js node server

看到如下输出

Output
[Difficulty Level 1] Added first 2 blocks in 6.2153230011463165 milliseconds.
[Difficulty Level 3] Added next 2 blocks in 175.92524899542332 milliseconds.
[Difficulty Level 5] Added next 2 blocks in 2065.910447001457 milliseconds.
[ Block {
timestamp: 2020-05-18T17:05:37.501Z,
record: ‘GENESIS’,
previousHash: ‘’,
hash: ‘9636ccb176c9f4825d24e1b8db51e3ffb5d448ba112ec0db9672e80f6dc855c3’,
nonce: 0 },
Block {
timestamp: 2020-05-18T17:05:37.504Z,
record: { sender: ‘Xena’, receiver: ‘Umar’, amount: 770 },
previousHash: ‘9636ccb176c9f4825d24e1b8db51e3ffb5d448ba112ec0db9672e80f6dc855c3’,
hash: ‘0329bb14cb5d59a2ddce485019de8041c6790b4483afbad91516ec78e21a70f4’,
nonce: 24 },
Block {
timestamp: 2020-05-18T17:05:37.509Z,
record: { sender: ‘Harry’, receiver: ‘Wilson’, amount: 601 },
previousHash: ‘0329bb14cb5d59a2ddce485019de8041c6790b4483afbad91516ec78e21a70f4’,
hash: ‘05187dd8fa18b1ebd50565f1607e43ab9ad081955a71fb6f542cb91755192b49’,
nonce: 12 },
Block {
timestamp: 2020-05-18T17:05:37.512Z,
record: { sender: ‘David’, receiver: ‘Quinn’, amount: 600 },
previousHash: ‘05187dd8fa18b1ebd50565f1607e43ab9ad081955a71fb6f542cb91755192b49’,
hash: ‘000a0f95e605831a1fa0178351a195fc6f60752fd59e251ea56b1c0d464b8920’,
nonce: 7947 },
Block {
timestamp: 2020-05-18T17:05:37.620Z,
record: { sender: ‘Yasmine’, receiver: ‘Umar’, amount: 918 },
previousHash: ‘000a0f95e605831a1fa0178351a195fc6f60752fd59e251ea56b1c0d464b8920’,
hash: ‘000e8a70d4b6673f3a10cc68fdc21e0cda7a71aa0fe56d31a13cf95832596a45’,
nonce: 5384 },
Block {
timestamp: 2020-05-18T17:05:37.686Z,
record: { sender: ‘Phoebe’, receiver: ‘Victor’, amount: 336 },
previousHash: ‘000e8a70d4b6673f3a10cc68fdc21e0cda7a71aa0fe56d31a13cf95832596a45’,
hash: ‘000005b737aaa4faa3b87b56474dec9537eee843c2881cb5f6432ca9708bd7b5’,
nonce: 45944 },
Block {
timestamp: 2020-05-18T17:05:38.178Z,
record: { sender: ‘Umar’, receiver: ‘Oscar’, amount: 239 },
previousHash: ‘000005b737aaa4faa3b87b56474dec9537eee843c2881cb5f6432ca9708bd7b5’,
hash: ‘0000057a7a4c7caea164b4e5672a3c38fcf12c6c8bfb4b1c503ca876664f2660’,
nonce: 150796 } ]

解析输出

当我们将难度级别从 1、3 增加到 5 时，生成散列和添加新块需要更多的时间。像比特币这样的区块链技术需要以 18 到 30 的难度级别来解决哈希谜题。你可以想象一下解决这些谜题需要多少时间。
区块链的第一个区块是没有交易信息和先前哈希值的起源区块
请查看根据难度级别由1、3和5个以0开头生成的散列
变量 nonce的值随着难度级别的增加而增加，它还告诉我们哈希算法生成哈希的尝试次数。

总结

希望你现在已经对区块链技术有了一个基本的了解，以及我们如何实现它。请注意，上面的例子是区块链的一个非常基本的实现。现实世界的例子非常复杂，但这是进入区块链世界的第一步。

请在github - https://github.com/ashishlahoti/blockchain.js上查看这个例子的源代码

参考

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