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[区块链]区块链项目 - 2 工作量证明

2.1 ProofOfWork框架

我们在区块中添加一个属性Nonce来表示区块的生成难度,它是区块生成的一个重要条件,Nonce值越高,代表生成区块的难度越大,通过这种难度从而避免区块随意生成,工作量证明则是要完成这一系列难度区块生产所需要的工作量

/Users/xxx/go/src/publicChain/part5-Basic-Prototype/BLC/Block.go

type Block struct {
   //1.block height
   Height int64
   //2.the last block's hash
   PreBlockHash []byte
   //3.transaction data
   Data []byte
   //4.timestamp
   Timestamp int64
   //5.block's hash
   Hash []byte
   //6.Nonce
   Nonce int64
}

当然生成区块的函数也要改一下

/Users/xxx/go/src/publicChain/part5-Basic-Prototype/BLC/Block.go

func Newblock(height int64, preBlockHash []byte, data string) *Block {

	//1.crate a new block

	block := &Block{height, preBlockHash, []byte(data), time.Now().Unix(), nil, 0}

	//2.calling the proof-of-work method returns Hash and Nonce
	
	pow := NewProofOfWork(block)
	hash, nonce := pow.Run()
	block.Hash = hash[:]
	block.Nonce = nonce

	return block
}

我们通过工作量证明来生成区块的哈希和Nonce

//2.calling the proof-of-work method returns Hash and Nonce
	
	pow := NewProofOfWork(block)
	hash, nonce := pow.Run()
	block.Hash = hash[:]
	block.Nonce = nonce

2.2 工作量证明算法

接下来我们去构建NewProofOfWork函数和Run方法

/Users/xxx/go/src/publicChain/part5-Basic-Prototype/BLC/ProofOfWork.go

package BLC

import "math/big"

//Has at least 16 0 in front of the hash

const targetBit = 16

type ProofOfWork struct {
	Block  *Block   //The current block to be verified
	target *big.Int //big number storage
}

func (proofOfWork *ProofOfWork) Run() ([]byte, int64) {

	return nil, 0
}

//Create a new proof-of-work object

func NewProofOfWork(block *Block) *ProofOfWork {
	//1.target = 1
	target := big.NewInt(1)
	//2.shift left
	target = target.Lsh(target, 256-targetBit)

	return &ProofOfWork{block, target}
}

这里的工作量证明变量我们依旧使用了一个结构体,我们的思路是每一个区块的生成都需要工作量证明

/Users/xxx/go/src/publicChain/part5-Basic-Prototype/BLC/ProofOfWork.go

type ProofOfWork struct {
	Block  *Block   //The current block to be verified
	target *big.Int //big number storage
}

那如何实现工作量证明呢,我们定义一个 target变量、targetBit常量,通过左移targetBit位得到某种特定条件的target,新hash只要满足小于target就算有效哈希

/Users/xxx/go/src/publicChain/part5-Basic-Prototype/BLC/ProofOfWork.go

const targetBits = 16
/*...*/
func NewProofOfWork(block *Block) *ProofOfWork {
	//1.target = 1
	target := big.NewInt(1)
	//2.shift left
	target = target.Lsh(target, 256-targetBits)

	return &ProofOfWork{block, target}
}

2.3 挖矿算法实现

现在我们把区块中的所有属性都集合起来用于生成新的hash

/Users/xxx/go/src/publicChain/part5-Basic-Prototype/BLC/ProofOfWork.go

func (pow *ProofOfWork) prepareData(nonce int64) []byte {
	data := bytes.Join(
		[][]byte{
			pow.Block.PreBlockHash,
			pow.Block.Data,
			IntToHex(pow.Block.Timestamp),
			IntToHex(int64(targetBit)),
			IntToHex(int64(nonce)),
			IntToHex(int64(pow.Block.Height)),
		},
		[]byte{},
	)
	return data
}

接下来我们生成hash和nonce值

/Users/xxx/go/src/publicChain/part5-Basic-Prototype/BLC/ProofOfWork.go

func (proofOfWork *ProofOfWork) Run() ([]byte, int64) {
	//1.Concatenate Block properties into byte slice

	//2.produce hash

	//3.Judging the validity of the hash
	nonce := 0
	var hashInt big.Int //store the newly generated hash
	var hash [32]byte
	for {
		dataBytes := proofOfWork.prepareData(int64(nonce))

		hash = sha256.Sum256(dataBytes)
		fmt.Printf("\r%x", hash)

		hashInt.SetBytes(hash[:])
		if proofOfWork.target.Cmp(&hashInt) == 1 {
			break
		}
		nonce = nonce + 1

	}

	return hash[:], int64(nonce)
}

然后我们再main函数中运行,非常漂亮,我们通过挖矿实现了区块的产生,成功的增加了难度

/Users/xxx/go/src/publicChain/part5-Basic-Prototype/main.go

func main() {
	//creat a Genesis Block
	Blockchain := BLC.CreatBlockchainWithGenesisBlock()

	// new block

	Blockchain.AddBlockToBlockchain(Blockchain.Blocks[len(Blockchain.Blocks)-1].Height+1, Blockchain.Blocks[len(Blockchain.Blocks)-1].Hash, "Send 100RMB To Zhangqiang")

	Blockchain.AddBlockToBlockchain(Blockchain.Blocks[len(Blockchain.Blocks)-1].Height+1, Blockchain.Blocks[len(Blockchain.Blocks)-1].Hash, "Send 300RMB To Xinyi")

	Blockchain.AddBlockToBlockchain(Blockchain.Blocks[len(Blockchain.Blocks)-1].Height+1, Blockchain.Blocks[len(Blockchain.Blocks)-1].Hash, "Send 200RMB To Gaojian")

	Blockchain.AddBlockToBlockchain(Blockchain.Blocks[len(Blockchain.Blocks)-1].Height+1, Blockchain.Blocks[len(Blockchain.Blocks)-1].Hash, "Send 500RMB To Xiaochu")

	fmt.Println(Blockchain)
}
0000ea74e6e5a7b8b4b384bb57ab63978f56cdaa080609e9699adc444b888563
000004abeb1003d183fc40a48c93a723ad97f164e3489c7d22b0eddf24f033f8
0000495344f6ee5a571dbe52ac5fd959424a058173edd9cdc03b8f560495e9c8
00004e5f086817a139506275a2a0274bab491890b9b92facfe39e24a8f299285
000078e5dc33079b73723d1e3e5156fecebb9559a7a764c2acc911b7e55e498e
&{[0xc000056180 0xc000056240 0xc0000564e0 0xc00043c060 0xc00043c120]}

2.4 判断区块hash的有效性

我们定一个方法用来判断区块的哈希是否有效

/Users/xxx/go/src/publicChain/part5-Basic-Prototype/BLC/ProofOfWork.go

func (proofOfWork *ProofOfWork) IsVlaid() bool {

	var hashInt big.Int
	hashInt.SetBytes(proofOfWork.Block.Hash)

	if proofOfWork.target.Cmp(&hashInt) == 1 {
		return true
	}
	return false
}

接着我们在main函数中创建一个区块,并且使用验证方法进行验证

/Users/xxx/go/src/publicChain/part5-Basic-Prototype/main.go

package main

import (
	"fmt"
	"publicChain/part8-Basic-Prototype/BLC"
)

func main() {

	block := BLC.Newblock(1, []byte{0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}, "Test")
	fmt.Printf("%d\n", block.Nonce)
	fmt.Printf("%x\n", block.Hash)

	proofOfWork := BLC.NewProofOfWork(block)
	fmt.Printf("%v", proofOfWork.IsVlaid())
}
000001f16eff6d4110f9ba84471a1d9c0654561020d36cf5fe20e971df123b3d
203277
000001f16eff6d4110f9ba84471a1d9c0654561020d36cf5fe20e971df123b3d
true

结果如期运行,通过了验证

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加:2022-02-26 11:36:27  更:2022-02-26 11:36:43 
 
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