使用JavaScript实现一个简单的区块链

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：

1. 创建一个新的Node.js项目并安装必要的库：crypto-js、express。
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。
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。
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。
5. 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);
});

5. 使用 postman 测试区块链。

测试 GET http://localhost:3000/chain： 测试 GET http://localhost:3000/mine： 测试 POST http://localhost:3000/transactions/new：