咨詢了一下業(yè)內(nèi)的程序員叔叔們，對于寫區(qū)塊鏈的語言他們是這樣說的：“本質(zhì)上，原理搞懂了，什么主流語言都能實現(xiàn)。” “呵呵”狼而，我連什么是編程語言都不懂。

中成才叔叔解釋道：“我們知道，從遠古時期到當(dāng)代，建筑的形態(tài)經(jīng)歷了巨變。原材料也從山洞、石板、木材、水泥、鋼材演變到復(fù)合木材。但原材料要能夠被用于構(gòu)筑大型建筑，還需要先把它們改造成各種不同形狀不同用途的半成品材料，再由這些半成品材料二次組裝成完整建筑。各種不同的【編程語言】就像這不同的建筑原材料，每一種都能夠建造出完整的建筑，也可以混合使用。而這些半成品材料，就是這個語言的【類庫】，他們決定了這個到底語言能夠構(gòu)建什么樣的項目。類庫到底有多重要，開發(fā)起來又有多難呢？想想為什么手機操作系統(tǒng)只有 Android 和 iOS，而我國就開發(fā)不出來自己的手機操作系統(tǒng)呢？說明這個世界上，有能力建造這種類庫的組織只有這兩家，這比生產(chǎn)建筑預(yù)制材料其實更難。而像這種功能單一數(shù)量龐大的類庫叫做 SDK，有了它們，我們才能夠花很少的人在短時間內(nèi)開發(fā)出一個 App。編程語言同時又是一種粘合劑，要把這些類庫粘合起來才能開發(fā)出一個項目，這往往也需要好幾個月甚至幾年，與建樓的復(fù)雜度無異！”

區(qū)塊鏈學(xué)習(xí)更多的是去理解這種去中心化的思想和去中心化的價值所在，語言是程序員們的執(zhí)行工具。不過由于以太坊和Hyperledger Fabric 對go語言支持最好，所以go語言肯定是要學(xué)習(xí)的。并且go更專業(yè)一些，但是JavaScript 門檻低，運行效率也低，JavaScript 大多用于網(wǎng)頁，在服務(wù)端跑也是可以。

廢話少說，今天將會用 JavaScript 來創(chuàng)建一個簡單的區(qū)塊鏈來演示它們的內(nèi)部究竟是如何工作的。

具體分為以下三個部分：

• 實現(xiàn)一個基本的區(qū)塊鏈
• 實現(xiàn) POW交易與挖礦獎勵
• 實現(xiàn)一個基本的區(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈?zhǔn)怯梢粋€個任何人都可以訪問的區(qū)塊構(gòu)成的公共數(shù)據(jù)庫。

這好像沒什么特別的，不過它們有一個有趣的屬性：它們是不可變的。一旦一個區(qū)塊被添加到區(qū)塊鏈中，除非讓剩余的其余區(qū)塊失效，否則它是不會再被改變的。這就是為什么加密貨幣是基于區(qū)塊鏈的原因。你肯定不希望人們在交易完成后再變更交易！

創(chuàng)造一個區(qū)塊區(qū)塊鏈?zhǔn)怯稍S許多多的區(qū)塊鏈接在一起的（這聽上去好像沒毛病..）。鏈上的區(qū)塊通過某種方式允許我們檢測到是否有人操縱了之前的任何區(qū)塊。那么我們?nèi)绾未_保數(shù)據(jù)的完整性呢？每個區(qū)塊都包含一個基于其內(nèi)容計算出來的 hash。同時也包含了前一個區(qū)塊的 hash。

下面是一個區(qū)塊類用 JavaScript 寫出來大致的樣子： 

const SHA256 = require("crypto-js/sha256"); 
class Block { constructor(index, timestamp, data, previousHash = '') {  
    this.index = index;  
    this.previousHash = previousHash;  
    this.timestamp = timestamp; this.data = data;  
    this.hash = this.calculateHash(); 
    }  
    calculateHash() { return SHA256(this.index + this.previousHash + this.timestamp + JSON.stringify(this.data)).toString(); }  
}  

因為 JavaScript 中并不支持 sha256 所以我引入了 crypto-js 庫。然后我定義了一個構(gòu)造函數(shù)來初始化區(qū)塊的屬性。每一個區(qū)塊上都被賦予了 index 屬性來告知我們這個區(qū)塊在整個鏈上的位置。我們同時也生成了一個時間戳，以及需要在區(qū)塊里存儲的一些數(shù)據(jù)。最后是前一個區(qū)塊的 hash。 創(chuàng)造一個鏈現(xiàn)在我們可以在 Blockchain 類中將區(qū)塊鏈接起來了。下面是用 JavaScript 實現(xiàn)的代碼： 

class Blockchain{  
  constructor() { this.chain = [this.createGenesisBlock()]; }  
  createGenesisBlock() { return new Block(0, "01/01/2017", "Genesis block", "0"); }  
  getLatestBlock() { return this.chain[this.chain.length - 1]; }  
  addBlock(newBlock) { newBlock.previousHash = this.getLatestBlock().hash; newBlock.hash = newBlock.calculateHash(); this.chain.push(newBlock); }  
  isChainValid() {  
    for (let i = 1; i < this.chain.length; i++)    {  
        const currentBlock = this.chain[i];  
        const previousBlock = this.chain[i - 1];  
        if (currentBlock.hash !== currentBlock.calculateHash())  
        { return false; }  
        if (currentBlock.previousHash !== previousBlock.hash)  
        { return false; }  
    }  
  return true;  
  }  
}  

在構(gòu)造函數(shù)里，我通過創(chuàng)建一個包含創(chuàng)世塊的數(shù)組來初始化整個鏈。

第一個區(qū)塊是特殊的，因為它不能指向前一個區(qū)塊。

我還添加了下面兩個方法：

• getLatestBlock() 返回我們區(qū)塊鏈上最新的區(qū)塊。
• addBlock() 負責(zé)將新的區(qū)塊添加到我們的鏈上。

為此，我們將前一個區(qū)塊的 hash 添加到我們新的區(qū)塊中。這樣，我們就可以保持整個鏈的完整性。因為只要我們變更了最新區(qū)塊的內(nèi)容，我們就需要重新計算它的 hash。當(dāng)計算完成后，我將把這個區(qū)塊推進鏈里（一個數(shù)組）。

最后，我創(chuàng)建一個 isChainValid() 來確保沒有人篡改過區(qū)塊鏈。它會遍歷所有的區(qū)塊來檢查每個區(qū)塊的 hash 是否正確。它會通過比較 previousHash 來檢查每個區(qū)塊是否指向正確的上一個區(qū)塊。如果一切都沒有問題，它會返回 true 否則會返回 false。

使用區(qū)塊鏈我們的區(qū)塊鏈類已經(jīng)寫完啦，可以真正的開始使用它了。 

let savjeeCoin = new Blockchain();  
savjeeCoin.addBlock(new Block(1, "20/07/2017", { amount: 4 }));  
savjeeCoin.addBlock(new Block(2, "20/07/2017", { amount: 8 }));  

在這里我僅僅是創(chuàng)建了一個區(qū)塊鏈的實例，并且命名它為 SavjeeCoin。之后我在鏈上添加了一些區(qū)塊。區(qū)塊里可以包含任何你想要放的數(shù)據(jù)，不過在上面的代碼里，我選擇添加了一個帶有 amount 屬性的對象。 試著操作吧！

在介紹里我曾說過區(qū)塊鏈?zhǔn)遣豢勺兊?。一旦添加，區(qū)塊就不可能再變更了。讓我們試一下。 

// 檢查是否有效(將會返回true)
console.log('Blockchain valid? ' + savjeeCoin.isChainValid());
// 現(xiàn)在嘗試操作變更數(shù)據(jù)
savjeeCoin.chain[1].data = { amount: 100 };
// 再次檢查是否有效 (將會返回false)
console.log("Blockchain valid? " + savjeeCoin.isChainValid()); 

我會在一開始通過運行 isChainValid() 來驗證整個鏈的完整性。我們操作過任何區(qū)塊，所以它會返回 true。之后我將鏈上的第一個（索引為 1）區(qū)塊的數(shù)據(jù)進行了變更。之后我再次檢查整個鏈的完整性，發(fā)現(xiàn)它返回了 false。我們的整個鏈不再有效了。 結(jié)論這個小栗子還遠未達到完成的程度。它還沒有實現(xiàn) POW（工作量證明機制）或 P2P 網(wǎng)絡(luò)來與其他礦工來進行交流。但它確實證明了區(qū)塊鏈的工作原理。

許多人認為原理會非常復(fù)雜，但這篇文章證明了區(qū)塊鏈的基本概念是非常容易理解和實現(xiàn)的。實現(xiàn) POW在上文中我們用 JavaScript 創(chuàng)建了一個簡單的區(qū)塊鏈來演示區(qū)塊鏈的工作原理。不過這個實現(xiàn)并不完整，很多人發(fā)現(xiàn)依舊可以篡改該系統(tǒng)。

沒錯！我們的區(qū)塊鏈需要另一種機制來抵御攻擊。讓我們來看看我們該如何做到這一點。 問題現(xiàn)在我們可以很快的創(chuàng)造區(qū)塊，然后非常迅速的將它們添加進我們的區(qū)塊鏈中。

不過這導(dǎo)致了三個問題：人們可以快速創(chuàng)建區(qū)塊，然后在我們的鏈里塞滿垃圾。大量的區(qū)塊會導(dǎo)致我們區(qū)塊鏈過載并讓它無法使用。因為創(chuàng)建一個有效的區(qū)塊太容易了，人們可以篡改鏈中的某一個區(qū)塊，然后重新計算所有區(qū)塊的 hash。即使它們已經(jīng)篡改了區(qū)塊，他們?nèi)匀豢梢砸杂行У膮^(qū)塊來作為結(jié)束。你可以通過結(jié)合上述兩個破綻來有效控制區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈由 P2P 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動，其中節(jié)點會將區(qū)塊添加到可用的最長鏈中。所以你可以篡改區(qū)塊，然后計算所有其他的區(qū)塊，最后添加任意多你想要添加的區(qū)塊。你最后會得到一個最長的鏈，所有的其他節(jié)點都會接受它，然后往上添加自己的區(qū)塊。

顯然我們需要一個方案來解決這些問題：POW（proof-of-work:工作量證明）。 什么是 POWPOW 是在第一個區(qū)塊鏈被創(chuàng)造之前就已經(jīng)存在的一種機制。這是一項簡單的技術(shù)，通過一定數(shù)量的計算來防止濫用。工作量是防止垃圾填充和篡改的關(guān)鍵。如果它需要大量的算力，那么填充垃圾就不再值得。比特幣通過要求 hash 以特定 0 的數(shù)目來實現(xiàn) POW。這也被稱之為難度，不過等一下！

一個區(qū)塊的 hash 怎么可以改變呢？在比特幣的場景下，一個區(qū)塊包含有各種金融交易信息。我們肯定不希望為了獲取正確的 hash 而混淆了那些數(shù)據(jù)。為了解決這個問題，區(qū)塊鏈添加了一個 Nonce 值。Nonce 是用來查找一個有效 hash 的次數(shù)。而且，因為無法預(yù)測 hash 函數(shù)的輸出，因此在獲得滿足難度條件的 hash 之前，只能大量組合嘗試。尋找到一個有效的 hash（創(chuàng)建一個新的區(qū)塊）在圈內(nèi)稱之為挖礦。

在比特幣的場景下，POW 確保每 10 分鐘只能添加一個區(qū)塊。你可以想象垃圾填充者需要多大的算力來創(chuàng)造一個新區(qū)塊，他們很難欺騙網(wǎng)絡(luò)，更不要說篡改整個鏈。 實現(xiàn) POW我們該如何實現(xiàn)呢？我們先來修改我們區(qū)塊類并在其構(gòu)造函數(shù)中添加 Nonce 變量。我會初始化它并將其值設(shè)置為 0。 

constructor(index, timestamp, data, previousHash = ''){ this.index = index; this.previousHash = previousHash; this.timestamp = timestamp; this.data = data; this.hash = this.calculateHash(); this.nonce = 0;} 

我們還需要一個新的方法來增加 Nonce，直到我們獲得一個有效 hash。強調(diào)一下，這是由難度決定的。所以我們會收到作為參數(shù)的難度。 

mineBlock(difficulty) { while (this.hash.substring(0, difficulty) !== Array(difficulty + 1).join("0")) { this.nonce++; this.hash = this.calculateHash(); } console.log("BLOCK MINED: " + this.hash);} 

最后，我們還需要更改一下 calculateHash() 函數(shù)。因為目前它還沒有使用 Nonce 來計算 hash。 

calculateHash() { return SHA256(this.index + this.previousHash + this.timestamp + JSON.stringify(this.data) + this.nonce ).toString();} 

將它們結(jié)合在一起，你會得到如下所示的區(qū)塊類： 

class Block {  
  constructor(index, timestamp, data, previousHash = '') {  
    this.index = index; this.previousHash = previousHash;  
    this.timestamp = timestamp;  
    this.data = data;  
    this.hash = this.calculateHash();  
    this.nonce = 0;  
  }  
  calculateHash() { return SHA256(this.index + this.previousHash + this.timestamp + JSON.stringify(this.data) + this.nonce).toString(); }  
  mineBlock(difficulty) {  
        while (this.hash.substring(0, difficulty) !== Array(difficulty + 1).join("0")) { this.nonce++; this.hash = this.calculateHash(); }  
        console.log("BLOCK MINED: " + this.hash);  
  }  
}  

修改區(qū)塊鏈現(xiàn)在，我們的區(qū)塊已經(jīng)擁有 Nonce 并且可以被開采了，我們還需要確保我們的區(qū)塊鏈支持這種新的行為。讓我們先在區(qū)塊鏈中添加一個新的屬性來跟蹤整條鏈的難度。我會將它設(shè)置為 2（這意味著區(qū)塊的 hash 必須以 2 個 0 開頭）。 

constructor() { this.chain = [this.createGenesisBlock()]; this.difficulty = 2;} 

現(xiàn)在剩下要做的就是改變 addBlock() 方法，以便在將其添加到鏈中之前確保實際挖到該區(qū)塊。下面我們將難度傳給區(qū)塊。 

addBlock(newBlock) { newBlock.previousHash = this.getLatestBlock().hash; newBlock.mineBlock(this.difficulty); this.chain.push(newBlock);} 

大功告成！我們的區(qū)塊鏈現(xiàn)在擁有了 POW 來抵御攻擊了。測試現(xiàn)在讓我們來測試一下我們的區(qū)塊鏈，看看在 POW 下添加一個新區(qū)塊會有什么效果。我將會使用之前的代碼，我們將創(chuàng)建一個新的區(qū)塊鏈實例，然后往里添加 2 個區(qū)塊。 

let savjeeCoin = new Blockchain();
console.log('Mining block 1');
savjeeCoin.addBlock(new Block(1, "20/07/2017", { amount: 4 }));
console.log('Mining block 2');
savjeeCoin.addBlock(new Block(2, "20/07/2017", { amount: 8 })); 

如果你運行了上面的代碼，你會發(fā)現(xiàn)添加新區(qū)塊依舊非?？?。這是因為目前的難度只有 2（或者你的電腦性能非常好）。如果你創(chuàng)建了一個難度為 5 的區(qū)塊鏈實例，你會發(fā)現(xiàn)你的電腦會花費大概 10 秒鐘來挖礦。隨著難度的提升，你的防御攻擊的保護程度越高。免責(zé)聲明就像之前說的：這絕不是一個完整的區(qū)塊鏈。它仍然缺少很多功能（像 P2P 網(wǎng)路）。這只是為了說明區(qū)塊鏈的工作原理。并且：由于單線程的原因，用 JavaScript 來挖礦并不快。交易與挖礦獎勵在前面兩部分我們創(chuàng)建了一個簡單的區(qū)塊鏈，并且加入了 POW 來抵御攻擊。然而我們在途中也偷了懶：我們的區(qū)塊鏈只能在一個區(qū)塊中存儲一筆交易，而且礦工沒有獎勵。

現(xiàn)在，讓我們解決這個問題！重構(gòu)區(qū)塊類現(xiàn)在一個區(qū)塊擁有 index，previousHash，timestamp，data，hash 和 nonce 屬性。這個 index 屬性并不是很有用，事實上我甚至不知道為什么開始我要將它添加進去。所以我把它移除了，同時將 data 改名為 transactions 來更語義化。 

class Block{ 
  constructor(timestamp, transactions, previousHash = '') { 
    this.previousHash = previousHash; 
    this.timestamp = timestamp; 
    this.transactions = transactions; 
    this.hash = this.calculateHash(); 
    this.nonce = 0; 
  }
} 

當(dāng)我們改變區(qū)塊類時，我們也必須更改 calculateHash()函數(shù)?，F(xiàn)在它還在使用老舊的 index 和 data 屬性。 

calculateHash() { return SHA256(this.previousHash + this.timestamp + JSON.stringify(this.transactions) + this.nonce).toString();} 

交易類在區(qū)塊內(nèi)，我們將可以存儲多筆交易。因此我們還需要定義一個交易類，這樣我們可以鎖定交易應(yīng)當(dāng)具有的屬性： 

class Transaction{ constructor(fromAddress, toAddress, amount){ this.fromAddress = fromAddress; this.toAddress = toAddress; this.amount = amount; }} 

這個交易例子非常的簡單，僅僅包含了發(fā)起方（fromAddress）和接受方（toAddress）以及數(shù)量。如果有需求，你也可以在里面加入更多字段，不過這個只是為了最小實現(xiàn)。調(diào)整我們的區(qū)塊鏈當(dāng)前的最大任務(wù)：調(diào)整我們的區(qū)塊鏈來適應(yīng)這些新變化。我們需要做的第一件事就是存儲待處理交易的地方。正如你所知道的，由于 POW，區(qū)塊鏈可以穩(wěn)定的創(chuàng)建區(qū)塊。在比特幣的場景下，難度被設(shè)置成大約每 10 分鐘創(chuàng)建一個新區(qū)塊。但是可以在創(chuàng)造兩個區(qū)塊之間提交新的交易。為了做到這一點，首先需要改變我們區(qū)塊鏈的構(gòu)造函數(shù)，以便他可以存儲待處理的交易。我們還將創(chuàng)造一個新的屬性，用于定義礦工獲得多少錢作為獎勵： 

class Blockchain{ 
  constructor() {
    this.chain = [this.createGenesisBlock()]; 
    this.difficulty = 5; // 在區(qū)塊產(chǎn)生之間存儲交易的地方 
    this.pendingTransactions = []; // 挖礦回報 
    this.miningReward = 100; 
 }
} 

下一步，我們將調(diào)整我們的 addBlock()方法。不過我的調(diào)整是指刪掉并重寫它！我們將不再允許人們直接為鏈上添加區(qū)塊。相反，他們必須將交易添加至下一個區(qū)塊中。而且我們將 addBlock()更名為 createTransaction()，這看起來更語義化： 

createTransaction(transaction) { 
    // 這里應(yīng)該有一些校驗! 
    // 推入待處理交易數(shù)組 
    this.pendingTransactions.push(transaction);
} 

挖礦人們現(xiàn)在可以將新的交易添加到待處理交易的列表中。但無論如何，我們需要將他們清理掉并移入實際的區(qū)塊中。為此，我們來創(chuàng)建一個 minePendingTransactions()方法。這個方法不僅會挖掘所有待交易的新區(qū)塊，而且還會向采礦者發(fā)送獎勵。

minePendingTransactions(miningRewardAddress) {
   // 用所有待交易來創(chuàng)建新的區(qū)塊并且開挖.. 
   let block = new Block(Date.now(), this.pendingTransactions); 
   block.mineBlock(this.difficulty); 
   // 將新挖的看礦加入到鏈上 
   this.chain.push(block); 
   // 重置待處理交易列表并且發(fā)送獎勵 
   this.pendingTransactions = [ new Transaction(null, miningRewardAddress, this.miningReward) ];
} 

請注意，該方法采用了參數(shù) miningRewardAddress。如果你開始挖礦，你可以將你的錢包地址傳遞給此方法。一旦成功挖到礦，系統(tǒng)將創(chuàng)建一個新的交易來給你挖礦獎勵（在這個栗子里是 100 枚幣）。

有一點需要注意的是，在這個栗子中，我們將所有待處理交易一并添加到一個區(qū)塊中。但實際上，由于區(qū)塊的大小是有限制的，所以這是行不通的。在比特幣里，一個區(qū)塊的大小大概是 2MB。如果有更多的交易能夠擠進一個區(qū)塊，那么礦工可以選擇哪些交易達成哪些交易不達成（通常情況下費用更高的交易容易獲勝）。地址的余額在測試我們的代碼前讓我們再做一件事！如果能夠檢查我們區(qū)塊鏈上地址的余額將會更好。 

getBalanceOfAddress(address){ 
  let balance = 0;
  // you start at zero! 
  // 遍歷每個區(qū)塊以及每個區(qū)塊內(nèi)的交易 
  for(const block of this.chain){
     for(const trans of block.transactions){ 
       // 如果地址是發(fā)起方 -> 減少余額 
       if(trans.fromAddress === address){ balance -= trans.amount; }
       // 如果地址是接收方 -> 增加余額 
       if(trans.toAddress === address){ balance += trans.amount; }
     } 
  }
  return balance;
} 

測試好吧，我們已經(jīng)完成并可以正常工作。為此，我們創(chuàng)建了一些交易： 

let savjeeCoin = new Blockchain();
console.log('Creating some transactions...');
savjeeCoin.createTransaction(new Transaction('address1', 'address2', 100));
savjeeCoin.createTransaction(new Transaction('address2', 'address1', 50)); 

這些交易目前都處于等待狀態(tài)，為了讓他們得到證實，我們必須開始挖礦： 

console.log('Starting the miner...');
savjeeCoin.minePendingTransactions('xaviers-address'); 

當(dāng)我們開始挖礦，我們也會傳遞一個我們想要獲得挖礦獎勵的地址。在這種情況下，我的地址是 xaviers-address（非常復(fù)雜?。?。之后，讓我們檢查一下 xaviers-address 的賬戶余額： 

console.log('Balance of Xaviers address is', savjeeCoin.getBalanceOfAddress('xaviers-address'));// 輸出: 0我的賬戶輸出竟然是 0？！ 

等等，為什么？難道我不應(yīng)該得到我的挖礦獎勵么？如果你仔細觀察代碼，你會看到系統(tǒng)會創(chuàng)建一個交易，然后將您的挖礦獎勵添加為新的待處理交易。這筆交易將會包含在下一個區(qū)塊中。所以如果我們再次開始挖礦，我們將收到我們的 100 枚硬幣獎勵！

console.log('Starting the miner again!');
savjeeCoin.minePendingTransactions("xaviers-address");
console.log('Balance of Xaviers address is', savjeeCoin.getBalanceOfAddress('xaviers-address'));// 輸出: 100 

局限性與結(jié)論現(xiàn)在我們的區(qū)塊鏈已經(jīng)可以在一個區(qū)塊上存儲多筆交易，并且可以為礦工帶來回報。

不過，還是有一些不足：發(fā)送貨幣時，我們不檢查發(fā)起人是否有足夠的余額來實際進行交易。然而，這其實是一件容易解決的事情。我們也沒有創(chuàng)建一個新的錢包和簽名交易（傳統(tǒng)上用公鑰/私鑰加密完成）。這絕不是一個完整的區(qū)塊鏈實現(xiàn)！它仍然缺少很多功能。這里只是為了驗證一些概念來幫助大家了解區(qū)塊鏈的工作原理。