驚奇！用Java也能實現比特幣系統

最近區塊鏈技術忽然爆火，身邊作技術的朋友茶餘飯後不談點區塊鏈什麼的都被認爲是跟不上時代了，爲啥會這樣了？

這其實跟比特幣價格去年的日新月異是分不開的，比特幣價格從去年初不到一千美金到今年初最高接近兩萬美金，賺錢效應已經足夠博取你們眼球了，吃瓜羣衆對比特幣價格一年上漲20倍早已目瞪狗呆，個個備足錢袋，躍躍欲試。

但是，細問一下這些朋友比特幣究竟是個什麼東西，它是如何構造出來的，還真沒幾個能答得上來的，做爲技術出身的咱們今天就來帶你們用Java語言實現一個簡單比特幣系統，以期讓你們能對區塊鏈與比特幣的底層實現技術有一個入門性的認識。（上海java培訓寫做,歡迎評論交流）

1、區塊鏈
比特幣是構建在區塊鏈技術之上的一個加密數字貨幣，區塊鏈顧名思義即由不少區塊組成的鏈條，能夠把區塊鏈簡單比喻爲一本帳本，把區塊比喻爲帳本的一頁記錄，帳本的每一頁裏都記錄了不少比特幣的轉帳交易，那根據這個帳本里的全部交易記錄應該是能算出任何一個交易者的餘額，咱們先來構造一個區塊的結構

public class Block {
       /**
       * 區塊索引號
       */
       private int index;
       /**
       * 當前區塊的hash值,區塊惟一標識
       */
       private String hash;
       /**
       * 生成區塊的時間戳
       */
       private long timestamp;
       /**
       * 當前區塊的交易集合
       */
       private List transactions;
       /**
       * 工做量證實，計算正確hash值的次數
       */private int nonce;
       /**
       * 前一個區塊的hash值
       */
       private String previousHash;
}

2、轉帳交易
轉帳交易即比特幣的擁有方之間進行的相互轉帳行爲，咱們把這些比特幣的擁有方暫時假設爲比特幣的錢包，錢包有對應的錢包地址，那這些轉帳交易實際上就是錢包地址之間的轉帳交易(相似於支付寶用戶之間的轉帳，其實就是支付寶用戶名之間的轉帳)，這些轉帳交易須要被記錄到帳本里纔算真正的生效。

因爲比特幣的轉帳交易設計比較複雜，咱們今天暫時不深刻討論，因此這裏我設計了一個簡單的交易模型以下：

public class Transaction {
      /**
      * 交易惟一標識
      */
      private String id;
      /**
      * 交易發送方錢包地址
      */
      private String sender;
      /**
      * 交易接收方錢包地址
      */
      private String recipient;
      /**
      * 交易金額
      */
      private int amount;
}

3、挖礦

挖礦究竟是怎麼回事？

爲何那麼多人吵着要去挖礦，夢想着一晚上暴富？

咱們能夠簡單的把挖礦比喻成礦工解一道數學難題的過程，只要解對了就能獲取比特幣系統獎勵的一筆比特幣，同時獲取了區塊鏈帳本新區塊的交易記帳權，礦工會把比特幣系統近期發生的轉帳交易記錄到帳本新的一頁上，並獲取交易的手續費，一旦交易被記錄進了帳本，交易就算完成了，接收方纔能真正收到發送方轉帳的比特幣。

那這道數學難題到底長什麼樣了？

咱們看下這個數學難題的公式：

Hash = SHA-256（區塊鏈的最後一個區塊的Hash + 需記帳交易記錄信息 + 隨機數）

這個公式已經很明白了，SHA-256是一種哈希加密算法，被加密的前兩部分是固定不變的，咱們只有依賴於隨機數的不斷變化計算出不一樣的hash結果，系統要求hash結果必需要以10個0開頭，這個概率實在是過小過小，咱們作測試能夠簡單一點。

好比：只要hash結果知足以4個0開頭，咱們就認爲解題成功，即挖礦成功了，這時礦工就能夠生成一個新的區塊把需記帳的交易記錄所有記錄進區塊裏去，同時再構造一筆系統獎勵給本身的比特幣的交易(發起方爲系統，接收方爲礦工，比特幣金額假設爲10個)，將其也記錄進帳本，這樣經過帳本里的交易記錄就會發現礦工的餘額多了10個比特幣了。

咱們看下挖礦的代碼：

/**
* 挖礦
* @param blockchain 整個區塊鏈
* @param txs 需記帳交易記錄,包含
* @param address 礦工錢包地址
* @return
*/
private static void mineBlock(List blockchain, List txs, String address) {
   //加入系統獎勵的交易
   Transaction sysTx = new Transaction(CryptoUtil.UUID(), "", address, 10);
   txs.add(sysTx);
   //獲取當前區塊鏈裏的最後一個區塊
   Block latestBlock = blockchain.get(blockchain.size() - 1);
   //隨機數
   int nonce = 1;
   String hash = "";
   while(true){
       hash = CryptoUtil.SHA256(latestBlock.getHash() + JSON.toJSONString(txs) + nonce);
       if (hash.startsWith("0000")) {
           System.out.println("=====計算結果正確，計算次數爲：" +nonce+ ",hash:" + hash);
           break;
       }
       nonce++;
       System.out.println("計算錯誤，hash:" + hash);
   }
   //解出難題，能夠構造新區塊並加入進區塊鏈裏
   Block newBlock = new Block(latestBlock.getIndex() + 1, System.currentTimeMillis(), txs, nonce, latestBlock.getHash(), hash);
   blockchain.add(newBlock);
   System.out.println("挖礦後的區塊鏈：" + JSON.toJSONString(blockchain));
}

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4、餘額
計算某個錢包地址的餘額其實就是從區塊鏈帳本里找出全部該地址做爲接收方的交易記錄，將這些交易記錄的發生金額累加就獲得該地址收到的全部比特幣金額了，而後找出全部該地址做爲發送方的交易記錄再次累加則獲得該地址發送出去的全部比特幣金額了，用收到的比特幣金額之和減去發送出去的比特幣金額之和就獲得該地址真正的比特幣餘額了。

具體咱們看下代碼：

/**
* 查詢餘額
* @param blockchain
* @param address
* @return
*/
public static int getWalletBalance(Listblockchain, String address) {
   int balance = 0;
   for (Block block : blockchain) {
       Listtransactions = block.getTransactions();
       for (Transaction transaction : transactions) {
           if (address.equals(transaction.getRecipient())) {
               balance += transaction.getAmount();
           }
           if (address.equals(transaction.getSender())) {
               balance -= transaction.getAmount();
           }
       }
   }
   return balance;
}

至此，咱們就用java基於區塊鏈帳本技術實現了一個簡單的比特幣系統了，包含區塊鏈功能，挖礦產生新比特幣功能，轉帳交易功能，查詢餘額功能，完整的代碼找小助手領取。

運行結果以下圖所示：

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