去年開(kāi)始，伴隨著比特幣的火爆，區(qū)塊鏈成為比“人工智能”、“共享”還要火的詞匯。各大企業(yè)，諸如阿里、京東、騰訊、百度等紛紛入局。

關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)的文章已經(jīng)泛濫成災(zāi)，但大多讀起來(lái)晦澀難懂。今天這篇文章，會(huì)迅速讓你感覺(jué)區(qū)塊鏈其實(shí)很“弱智”。

晦澀難懂的區(qū)塊鏈到底是什么？

什么是區(qū)塊鏈？我們首先用談戀愛(ài)舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子。

未來(lái)所有適齡男女戀愛(ài)，結(jié)婚的承諾全過(guò)程都被其他所有適齡男女共識(shí)，兩個(gè)人在一起發(fā)生的所有故事就會(huì)形成區(qū)塊。

其他所有男女就是鏈，如果有第三者來(lái)插足或自身違背另一半，其他人都能看到，以后就再也找不到對(duì)象了。

區(qū)塊鏈準(zhǔn)確的說(shuō)就是“全中心”體系，就是鏈上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是中心。不可刪除，不可更改，這就是區(qū)塊鏈技術(shù)的基本特征。

3 分鐘小視頻：漫畫(huà)解讀什么是區(qū)塊鏈

講比特幣的人很多，懂比特幣的人也很多，但是具體到區(qū)塊鏈，現(xiàn)在并沒(méi)有一個(gè)很清楚的定義說(shuō)什么是區(qū)塊鏈，基本上所有的介紹里都是這樣的：

比特幣→區(qū)塊鏈?zhǔn)潜忍貛诺牡讓蛹夹g(shù)，或者比特幣→比特幣是一種區(qū)塊鏈。

所以從純理論角度說(shuō)對(duì)區(qū)塊鏈的定義：

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)放在非安全環(huán)境中的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)（系統(tǒng)）。

區(qū)塊鏈采用密碼學(xué)的方法來(lái)保證已有數(shù)據(jù)不可能被篡改。

區(qū)塊鏈采用共識(shí)算法來(lái)對(duì)新增數(shù)據(jù)達(dá)成共識(shí)。

具有以上三個(gè)性質(zhì)的系統(tǒng)，就是區(qū)塊鏈。

區(qū)塊鏈相關(guān)的概念

在互聯(lián)網(wǎng)去中心化下有很多產(chǎn)物，下面是一些區(qū)塊鏈相關(guān)的概念。

P2P 下載

一種硬盤(pán)的共享，是把每個(gè)人電腦上的一部分硬盤(pán)，拿出來(lái)與其他人共享，對(duì)應(yīng)的形態(tài)就是迅雷。

P-CDN

這是一種分布式的存儲(chǔ)，共享分布式的寬帶。

分布式計(jì)算

我們?nèi)テ谱g算法或者密碼時(shí)會(huì)用到超級(jí)計(jì)算機(jī)，它可以單獨(dú)用很快的速度破解密碼，這就是中心化的計(jì)算。

而分布式計(jì)算的概念就是把大量的計(jì)算工作切分成無(wú)數(shù)的小塊計(jì)算，并且分配給世界上各個(gè)普通的計(jì)算機(jī)。

當(dāng)全世界幾千，幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)臺(tái)個(gè)人電腦的 CPU，同時(shí)計(jì)算的時(shí)候，再怎么樣計(jì)算速度都會(huì)比一個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)要快。

ICO

ICO（Initial Coin Offering），首次幣發(fā)行，源自股票市場(chǎng)的首次公開(kāi)發(fā)行（IPO）概念，是區(qū)塊鏈項(xiàng)目首次發(fā)行代幣，募集比特幣、解決以太坊等通用數(shù)字貨幣的行為。

也是一種為加密數(shù)字貨幣/區(qū)塊鏈項(xiàng)目籌措資金的常用方式。ICO 能夠在沒(méi)有任何的實(shí)際項(xiàng)目執(zhí)行的情況下，很快就融到一大筆比特幣、以太幣，或者其他代幣。

幾乎每個(gè)人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)像比特幣和以太幣這樣的加密貨幣，但是只有極少數(shù)人懂得隱藏在它們背后的技術(shù)。

下面我將會(huì)用 JavaScript 來(lái)創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈來(lái)演示它們的內(nèi)部究竟是如何工作的。

用 JavaScript 寫(xiě)一個(gè)區(qū)塊鏈

具體分為以下三個(gè)部分：

• 實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本的區(qū)塊鏈

• 實(shí)現(xiàn) POW

• 交易與挖礦獎(jiǎng)勵(lì)

實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本的區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈?zhǔn)怯梢粋€(gè)個(gè)任何人都可以訪問(wèn)的區(qū)塊構(gòu)成的公共數(shù)據(jù)庫(kù)。這好像沒(méi)什么特別的，不過(guò)它們有一個(gè)有趣的屬性：它們是不可變的。

一旦一個(gè)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(huì)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?cè)诮灰淄瓿珊笤僮兏灰祝?/p>

創(chuàng)造一個(gè)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(tīng)上去好像沒(méi)毛病..）。鏈上的區(qū)塊通過(guò)某種方式允許我們檢測(cè)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(gè)區(qū)塊都包含一個(gè)基于其內(nèi)容計(jì)算出來(lái)的 hash。同時(shí)也包含了前一個(gè)區(qū)塊的 hash。

下面是一個(gè)區(qū)塊類用 JavaScript 寫(xiě)出來(lái)大致的樣子：

因?yàn)?JavaScript 中并不支持 sha256 所以我引入了 crypto-js 庫(kù)。然后我定義了一個(gè)構(gòu)造函數(shù)來(lái)初始化區(qū)塊的屬性。

每一個(gè)區(qū)塊上都被賦予了 index 屬性來(lái)告知我們這個(gè)區(qū)塊在整個(gè)鏈上的位置。我們同時(shí)也生成了一個(gè)時(shí)間戳，以及需要在區(qū)塊里存儲(chǔ)的一些數(shù)據(jù)。最后是前一個(gè)區(qū)塊的 hash。

創(chuàng)造一個(gè)鏈

現(xiàn)在我們可以在 Blockchain 類中將區(qū)塊鏈接起來(lái)了。下面是用 JavaScript 實(shí)現(xiàn)的代碼：

在構(gòu)造函數(shù)里，我通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)包含創(chuàng)世塊的數(shù)組來(lái)初始化整個(gè)鏈。第一個(gè)區(qū)塊是特殊的，因?yàn)樗荒苤赶蚯耙粋€(gè)區(qū)塊。

我還添加了下面兩個(gè)方法：

• getLatestBlock() 返回我們區(qū)塊鏈上最新的區(qū)塊。

• addBlock() 負(fù)責(zé)將新的區(qū)塊添加到我們的鏈上。

為此，我們將前一個(gè)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(gè)鏈的完整性。

因?yàn)橹灰覀冏兏俗钚聟^(qū)塊的內(nèi)容，我們就需要重新計(jì)算它的 hash。當(dāng)計(jì)算完成后，我將把這個(gè)區(qū)塊推進(jìn)鏈里（一個(gè)數(shù)組）。

最后，我創(chuàng)建一個(gè) isChainValid() 來(lái)確保沒(méi)有人篡改過(guò)區(qū)塊鏈。它會(huì)遍歷所有的區(qū)塊來(lái)檢查每個(gè)區(qū)塊的 hash 是否正確。

它會(huì)通過(guò)比較 previousHash 來(lái)檢查每個(gè)區(qū)塊是否指向正確的上一個(gè)區(qū)塊。如果一切都沒(méi)有問(wèn)題，它會(huì)返回 true 否則會(huì)返回 false。

使用區(qū)塊鏈

我們的區(qū)塊鏈類已經(jīng)寫(xiě)完啦，可以真正的開(kāi)始使用它了。

在這里我僅僅是創(chuàng)建了一個(gè)區(qū)塊鏈的實(shí)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(guò)在上面的代碼里，我選擇添加了一個(gè)帶有 amount 屬性的對(duì)象。

試著操作吧！

在介紹里我曾說(shuō)過(guò)區(qū)塊鏈?zhǔn)遣豢勺兊摹Ｒ坏┨砑樱瑓^(qū)塊就不可能再變更了。讓我們?cè)囈幌隆?/p>

我會(huì)在一開(kāi)始通過(guò)運(yùn)行 isChainValid() 來(lái)驗(yàn)證整個(gè)鏈的完整性。我們操作過(guò)任何區(qū)塊，所以它會(huì)返回 true。

之后我將鏈上的第一個(gè)（索引為 1）區(qū)塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行了變更。之后我再次檢查整個(gè)鏈的完整性，發(fā)現(xiàn)它返回了 false。我們的整個(gè)鏈不再有效了。

結(jié)論

這個(gè)小栗子還遠(yuǎn)未達(dá)到完成的程度。它還沒(méi)有實(shí)現(xiàn) POW（工作量證明機(jī)制）或 P2P 網(wǎng)絡(luò)來(lái)與其他礦工來(lái)進(jìn)行交流。

但它確實(shí)證明了區(qū)塊鏈的工作原理。許多人認(rèn)為原理會(huì)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(shí)現(xiàn)的。

實(shí)現(xiàn) POW

在上文中我們用 JavaScript 創(chuàng)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈來(lái)演示區(qū)塊鏈的工作原理。

不過(guò)這個(gè)實(shí)現(xiàn)并不完整，很多人發(fā)現(xiàn)依舊可以篡改該系統(tǒng)。沒(méi)錯(cuò)！我們的區(qū)塊鏈需要另一種機(jī)制來(lái)抵御攻擊。讓我們來(lái)看看我們?cè)撊绾巫龅竭@一點(diǎn)。

問(wèn)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(jìn)我們的區(qū)塊鏈中。

不過(guò)這導(dǎo)致了三個(gè)問(wèn)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(huì)導(dǎo)致我們區(qū)塊鏈過(guò)載并讓它無(wú)法使用。

• 因?yàn)閯?chuàng)建一個(gè)有效的區(qū)塊太容易了，人們可以篡改鏈中的某一個(gè)區(qū)塊，然后重新計(jì)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(lái)作為結(jié)束。

• 你可以通過(guò)結(jié)合上述兩個(gè)破綻來(lái)有效控制區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈由 P2P 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)，其中節(jié)點(diǎn)會(huì)將區(qū)塊添加到可用的最長(zhǎng)鏈中。

所以你可以篡改區(qū)塊，然后計(jì)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(huì)得到一個(gè)最長(zhǎng)的鏈，所有的其他節(jié)點(diǎn)都會(huì)接受它，然后往上添加自己的區(qū)塊。

顯然我們需要一個(gè)方案來(lái)解決這些問(wèn)題：POW（proof-of-work:工作量證明）。

什么是 POW

POW 是在第一個(gè)區(qū)塊鏈被創(chuàng)造之前就已經(jīng)存在的一種機(jī)制。這是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的技術(shù)，通過(guò)一定數(shù)量的計(jì)算來(lái)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(guò)要求 hash 以特定 0 的數(shù)目來(lái)實(shí)現(xiàn) POW。這也被稱之為難度，不過(guò)等一下！一個(gè)區(qū)塊的 hash 怎么可以改變呢？

在比特幣的場(chǎng)景下，一個(gè)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(gè)問(wèn)題，區(qū)塊鏈添加了一個(gè) Nonce 值。Nonce 是用來(lái)查找一個(gè)有效 hash 的次數(shù)。

而且，因?yàn)闊o(wú)法預(yù)測(cè) 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(gè)有效的 hash（創(chuàng)建一個(gè)新的區(qū)塊）在圈內(nèi)稱之為挖礦。

在比特幣的場(chǎng)景下，POW 確保每 10 分鐘只能添加一個(gè)區(qū)塊。你可以想象垃圾填充者需要多大的算力來(lái)創(chuàng)造一個(gè)新區(qū)塊，他們很難欺騙網(wǎng)絡(luò)，更不要說(shuō)篡改整個(gè)鏈。

實(shí)現(xiàn) POW

我們?cè)撊绾螌?shí)現(xiàn)呢？我們先來(lái)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(huì)初始化它并將其值設(shè)置為 0。

我們還需要一個(gè)新的方法來(lái)增加 Nonce，直到我們獲得一個(gè)有效 hash。強(qiáng)調(diào)一下，這是由難度決定的。所以我們會(huì)收到作為參數(shù)的難度。

最后，我們還需要更改一下 calculateHash() 函數(shù)。因?yàn)槟壳八€沒(méi)有使用 Nonce 來(lái)計(jì)算 hash。

將它們結(jié)合在一起，你會(huì)得到如下所示的區(qū)塊類：

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(kāi)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(gè)新的屬性來(lái)跟蹤整條鏈的難度。我會(huì)將它設(shè)置為 2（這意味著區(qū)塊的 hash 必須以 2 個(gè) 0 開(kāi)頭）。

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(shí)際挖到該區(qū)塊。下面我們將難度傳給區(qū)塊。

大功告成！我們的區(qū)塊鏈現(xiàn)在擁有了 POW 來(lái)抵御攻擊了。

測(cè)試

現(xiàn)在讓我們來(lái)測(cè)試一下我們的區(qū)塊鏈，看看在 POW 下添加一個(gè)新區(qū)塊會(huì)有什么效果。

我將會(huì)使用之前的代碼，我們將創(chuàng)建一個(gè)新的區(qū)塊鏈實(shí)例，然后往里添加 2 個(gè)區(qū)塊。

如果你運(yùn)行了上面的代碼，你會(huì)發(fā)現(xiàn)添加新區(qū)塊依舊非常快。這是因?yàn)槟壳暗碾y度只有 2（或者你的電腦性能非常好）。

如果你創(chuàng)建了一個(gè)難度為 5 的區(qū)塊鏈實(shí)例，你會(huì)發(fā)現(xiàn)你的電腦會(huì)花費(fèi)大概 10 秒鐘來(lái)挖礦。隨著難度的提升，你的防御攻擊的保護(hù)程度越高。

免責(zé)聲明

就像之前說(shuō)的：這絕不是一個(gè)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(shuō)明區(qū)塊鏈的工作原理。

并且：由于單線程的原因，用 JavaScript 來(lái)挖礦并不快。

交易與挖礦獎(jiǎng)勵(lì)

在前面兩部分我們創(chuàng)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈，并且加入了 POW 來(lái)抵御攻擊。

然而我們?cè)谕局幸餐盗藨校何覀兊膮^(qū)塊鏈只能在一個(gè)區(qū)塊中存儲(chǔ)一筆交易，而且礦工沒(méi)有獎(jiǎng)勵(lì)。現(xiàn)在，讓我們解決這個(gè)問(wèn)題！

重構(gòu)區(qū)塊類

現(xiàn)在一個(gè)區(qū)塊擁有 index，previousHash，timestamp，data，hash 和 nonce 屬性。

這個(gè) index 屬性并不是很有用，事實(shí)上我甚至不知道為什么開(kāi)始我要將它添加進(jìn)去。

所以我把它移除了，同時(shí)將 data 改名為 transactions 來(lái)更語(yǔ)義化。

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

交易類

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

這個(gè)交易例子非常的簡(jiǎn)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(guò)這個(gè)只是為了最小實(shí)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(lái)適應(yīng)這些新變化。我們需要做的第一件事就是存儲(chǔ)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(chǎng)景下，難度被設(shè)置成大約每 10 分鐘創(chuàng)建一個(gè)新區(qū)塊。但是可以在創(chuàng)造兩個(gè)區(qū)塊之間提交新的交易。

為了做到這一點(diǎn)，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(chǔ)待處理的交易。

我們還將創(chuàng)造一個(gè)新的屬性，用于定義礦工獲得多少錢(qián)作為獎(jiǎng)勵(lì)：

下一步，我們將調(diào)整我們的 addBlock()方法。不過(guò)我的調(diào)整是指刪掉并重寫(xiě)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(gè)區(qū)塊中。

而且我們將 addBlock()更名為 createTransaction()，這看起來(lái)更語(yǔ)義化：

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(wú)論如何，我們需要將他們清理掉并移入實(shí)際的區(qū)塊中。

為此，我們來(lái)創(chuàng)建一個(gè) minePendingTransactions()方法。這個(gè)方法不僅會(huì)挖掘所有待交易的新區(qū)塊，而且還會(huì)向采礦者發(fā)送獎(jiǎng)勵(lì)。

請(qǐng)注意，該方法采用了參數(shù) miningRewardAddress。如果你開(kāi)始挖礦，你可以將你的錢(qián)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(gè)新的交易來(lái)給你挖礦獎(jiǎng)勵(lì)（在這個(gè)栗子里是 100 枚幣）。

有一點(diǎn)需要注意的是，在這個(gè)栗子中，我們將所有待處理交易一并添加到一個(gè)區(qū)塊中。但實(shí)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(gè)區(qū)塊的大小大概是 2MB。如果有更多的交易能夠擠進(jìn)一個(gè)區(qū)塊，那么礦工可以選擇哪些交易達(dá)成哪些交易不達(dá)成（通常情況下費(fèi)用更高的交易容易獲勝）。

地址的余額

在測(cè)試我們的代碼前讓我們?cè)僮鲆患拢∪绻軌驒z查我們區(qū)塊鏈上地址的余額將會(huì)更好。

測(cè)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：

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

當(dāng)我們開(kāi)始挖礦，我們也會(huì)傳遞一個(gè)我們想要獲得挖礦獎(jiǎng)勵(lì)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：

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(jiǎng)勵(lì)么？如果你仔細(xì)觀察代碼，你會(huì)看到系統(tǒng)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)交易，然后將您的挖礦獎(jiǎng)勵(lì)添加為新的待處理交易。

這筆交易將會(huì)包含在下一個(gè)區(qū)塊中。所以如果我們?cè)俅伍_(kāi)始挖礦，我們將收到我們的 100 枚硬幣獎(jiǎng)勵(lì)！x`

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(gè)區(qū)塊上存儲(chǔ)多筆交易，并且可以為礦工帶來(lái)回報(bào)。

不過(guò)，還是有一些不足：發(fā)送貨幣時(shí)，我們不檢查發(fā)起人是否有足夠的余額來(lái)實(shí)際進(jìn)行交易。

然而，這其實(shí)是一件容易解決的事情。我們也沒(méi)有創(chuàng)建一個(gè)新的錢(qián)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(gè)完整的區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)！它仍然缺少很多功能。這里只是為了驗(yàn)證一些概念來(lái)幫助大家了解區(qū)塊鏈的工作原理。