使用JavaScript实现一个简单的区块链

liumuhui 1年前 (2024-06-20) 阅读数 117 #技术

文章标签区块链挖矿

本文内容参考自：Learn Blockchains by Building One

本文使用JavaScript实现一个简单的区块链，主要在node.js环境中运行。使用crypto-js来为区块链中的块创建哈希加密，使用express.js来创建用于与区块链交互的API。本文源代码可查看：GitHub - CarryWang/mini-blockchain: use node.js implement a mini blockchain

以下是实现区块链的步骤：

创建一个新的Node.js项目并安装必要的库：crypto-js、express。
定义区块链中的区块结构。每个块应该包含唯一的索引、时间戳和想要存储在块中的数据。
创建一个区块链类，包含一些操作区块的方法，例如向链中添加新块。
使用 express.js 创建api，可以使用postman查询区块链，添加交易，以及执行挖矿操作。
使用 postman 测试区块链。
1. 创建一个新的Node.js项目并安装必要的库：crypto-js、express。

首先初始化一个node项目：
```
npm init
```
在package.json文件中，添加type字段：
```
"type": "module"
```
安装crypto-js和express：
```
npm install crypto-js
npm install express
npm install body-parser
```
在index.js中写入：
```
import express from "express";
import bodyParser from "body-parser";
```

const app = express(); const port = 3000;

app.listen(port, () => { console.log(Example app listening on port ${port}); });

在terminal中输入：
```javascript
node index.js

你将看到：

Server running on port 3000.

到这里，基本的node.js设置搞定。

2. 定义区块链中的区块结构。每个块应该包含唯一的索引、时间戳和想要存储在块中的数据。

新建blockchain.js文件，定义我们的区块结构：

import crypto from "crypto-js";

class Block {
    constructor(index, timestamp, transactions = [], previousHash = "") {
        this.index = index;
        this.timestamp = timestamp;
        this.transactions = transactions;
        this.previousHash = previousHash;
        this.hash = "";
        this.nonce = 0;
    }

    calcHash() {
        return crypto
            .SHA256(
                this.index +
                    this.timestamp +
                    JSON.stringify(this.transactions).toString() +
                    this.previousHash +
                    this.nonce,
            )
            .toString();
    }

    mineBlock(difficulty) {
        while (!this.hash.startsWith("0".repeat(difficulty))) {
            this.nonce++;
            this.hash = crypto
                .SHA256(
                    this.index +
                        this.timestamp +
                        JSON.stringify(this.transactions).toString() +
                        this.previousHash +
                        this.nonce,
                )
                .toString();
        }
    }
}

Block类包含6个属性，2个方法。

index：数字，区块的索引。
timestamp：数字，时间戳。
transactions：数组，储存每一笔交易信息。
previousHash：哈希值，记录上一个区块的哈希值。
hash：哈希值，记录当前区块的哈希值。
nonce：数字，用于找到满足特定条件的哈希值的随机数，pow相关。
calcHash：函数，计算哈希值，将index, timestamp, transactions, previousHash, nonce拼接在一起输出哈希值。

mineBlock：函数，用于工作量证明的方法，接受一个代表复杂度的数字。本文对于工作量证明的计算条件为：寻找前4位为0的哈希值。

3. 创建一个区块链类，包含一些操作区块的方法，例如向链中添加新块。

同样在blockchain.js文件中，定义一个区块链类：


export class Blockchain {
constructor() {
    this.difficulty = 4;
    this.pendingTrasactions = [];
    this.chain = [this.createGenesisBlock()];
}

createGenesisBlock() {
    const genesisPreviousHash = "0".repeat(64);
    const genesisBlock = new Block(0, Date.now(), [], genesisPreviousHash);
    genesisBlock.mineBlock(this.difficulty);
    genesisBlock.transactions.push({
        sender: "",
        recipient: genesisBlock.hash,
        amount: 50,
    });
    return genesisBlock;
}

createBlock() {
    const minerReward = {
        sender: "",
        recipient: "miner_adress",
        amount: 50,
    };
    this.pendingTrasactions.push(minerReward);

    const block = new Block(
        this.getLatestBlock().index + 1,
        Date.now(),
        this.pendingTrasactions,
        this.getLatestBlock().hash,
    );
    block.mineBlock(this.difficulty);

    this.chain.push(block);

    this.pendingTrasactions = [];
}

getLatestBlock() {
    return this.chain[this.chain.length - 1];
}

createTransaction(transaction) {
    this.pendingTrasactions.push(transaction);
    return this.chain[this.chain.length - 1].index + 1;
}
}

`Blockchain`类包含3个属性，4个方法。

- `difficulty`：数字，代表复杂度的数字。
- `pendingTrasactions`：数组，资源池，用于存储每一笔交易。当新的区块产生时，会将资源池中的交易信息存入新区块中。
- `chain`：数组，储存每一个区块。
- `createGenesisBlock`：函数，创建第一个区块（创世块）。
- `createBlock`：函数，创建新区块。
- `getLatestBlock`：函数，返回最后一个区块。
- `createTransaction`：函数，创建一笔交易，返回将被写入区块的索引值。
## 4. 使用 express.js 创建api，可以使用postman查询区块链，添加交易，以及执行挖矿操作。
接下来需要实现三个api，分别是：
```javascript
GET /chain                //查看区块链
GET /mine                 //执行挖矿，成功后增加一个区块
POST /transactions/new    //添加一笔交易

回到index.js中，导入blockchain.js，并添加route：

import express from "express";
import bodyParser from "body-parser";

import { Blockchain } from "./blockchain.js";

const app = express();
const port = 3000;

app.listen(port, () => {
    console.log(`Example app listening on port ${port}`);
});

app.use(express.json());
app.use(bodyParser.urlencoded({ extended: false }));
app.use(bodyParser.json());

const blockchain = new Blockchain();

app.get("/mine", (req, res) => {
    blockchain.createBlock();
    res.status(200).send(blockchain.chain[blockchain.chain.length - 1]);
});

app.post("/transactions/new", (req, res) => {
    // const transaction = {
    //     sender: "sender_adress",
    //     recipient: "recipient_adress",
    //     amount: 50,
    // };
    const transaction = req.body;
    const blockNumber = blockchain.createTransaction(transaction);
    res.status(200).send(`will be added to block ${blockNumber}`);
});

app.get("/chain", (req, res) => {
    res.status(200).send(blockchain.chain);
});