編程小白模擬簡易比特幣系統（二）

在上一篇文章 ：編程小白模擬簡易比特幣系統（一）中，我們明白了區塊和區塊鏈的概念，創建了創世區塊，同時也留下了兩個問題：

區塊結構中，工作量證明是什麼？第二個區塊是怎麼來的？

那麼請大家繼續往下看👇

相關概念

挖礦⛏是什麼？

挖礦這個詞想必大家早已聽聞，但一直不太清楚到底是在幹什麼，也許會知道計算機在不停的計算，那我就基於個人的理解給大家分享一下：

上回書我們談到區塊鏈是由區塊一塊一塊連接得到的，那麼到底是誰有權利去決定下一個區塊是什麼呢？也就是說在這個有我們所有人的交易記錄的大賬本中，是誰去記錄下一頁呢？這就引出了我們挖礦的概念。

每個區塊的產生都需要所有人去解決一個數學難題，誰可以答上來，誰就有權利。前面提到，區塊中有一個信息是當前區塊的hash值，它就是這個數學難題的答案。哈希值我們都知道，就是一個字符串。大家可能想，計算一個字符串有什麼難的，我的電腦分分鐘千萬個Hello world！

那麼大家可不要小瞧這個難題的工作量！計算符合一定條件限制的hash需要耗費大量的算力，比特幣目前規定的hash要求是十多個零開頭，我們的個人筆記本電腦可能得算個幾年幾十年的。

至此，解決了這個難題就獲得了記賬的權利，但是耗費如此大的算力去計算這個難題，僅僅只獲得記賬的權利是不是太虧了？所以系統還會分發給難題解決者一部分比特幣作爲獎勵。這個計算的過程，被形象的稱爲挖礦。

工作量證明是什麼？

細心的朋友應該已經發現上面挖礦過程中，我已經提到了工作量，沒錯，工作量就是整個計算過程耗費的算力。上篇文章講過：

區塊的哈希值 = 上一個區塊的哈希值+ 交易信息 + 隨機數

那麼對於這個球球幣系統來說，隨機數可以從1開始遞增，直到達到要求的hash，隨機數就代表了計算的次數，我們可以簡單的把它當作我們的工作量證明。

第二個區塊是怎麼來的？

解決了數學難題，因此獲得了記賬的權利，所以有權利去補充下一頁賬本了，也就是新區塊要生成了！

在求解數學難題的時候，也許期間會發生許多交易。因此，我們需要把發生的交易記錄下來，這裏注意，我們剛剛挖礦的時候，系統也獎勵了我們一筆球球幣，這也是一筆交易，所以我們在記賬的時候同樣需要記錄。

那麼挖礦的大致流程就可以理解爲：

說了這麼多，相信各位對這些概念似懂非懂，不過沒關係，還是落實到代碼上來的實在一點👇

相關僞代碼

對照上面的流程圖，我們不難寫出這樣的代碼。那麼關於交易，我們暫時先把它當成一個普通的object就好，之後會提到，並且對挖礦代碼做出修改，這裏的重點是理解挖礦的流程。

public Block mine(){
    //之前需要記錄的交易
    Transaction transaction1 = new Transaction();
    Transaction transaction2 = new Transaction();
    //系統獎勵給我們的交易
    Transaction sysTransaction = new Transaction();
    List<Transaction> transactionList = new ArrayList<>();
    transactionList.add(transaction1);
    transactionList.add(transaction2);
    transactionList.add(sysTransaction);
    //設置隨機數
    int nonce = 1;
    //得到前一個區塊
    Block previousBlock = blockChain.get(blockChain.size() - 1);
    //第一次計算
    //區塊的哈希值 =  上一個區塊的哈希值 + 交易信息 + 隨機數
    String hash = SHA256(previousBlock.getHash() + JSON.toJSONString(transactionList) + nonce);
    //不滿足條件，重複計算，直到條件滿足爲止
    while (!hash.startsWith("000")){
        nonce++;
        hash = SHA256(JSON.toJSONString(transactionList) + previousBlock.getHash()+nonce);
    }
    //爲新產生的區塊填充信息
    Block newBlock = Block.builder()
        .previousHash(previousBlock.getHash())
        .hash(hash)
        .nonce(nonce)
        .transactions(transactionList)
        .timeStamp(System.currentTimeMillis())
        .index(previousBlock.getIndex() + 1)
        .build();
    //填充信息之後加到區塊鏈中
    blockChain.add(newBlock);
    return newBlock;
}

下面再說下代碼中大家可能存在不解的地方 :

1. JSON.toJSONString用到了Alibaba的fastjson

   這裏給出相關的pom.xml配置

   <dependency>
       <groupId>com.alibaba</groupId>
       <artifactId>fastjson</artifactId>
       <version>1.2.51</version>
   </dependency>
   

2. blockChain這通過名字不難看出就是區塊鏈，上一篇文章我們有所提到，大家現在可以就認爲區塊鏈剛剛生成，裏面只有創世區塊。

   List<Block> blockChain = new ArrayList<>();
   blockChain.add(firstBlock);
   

3. 關於哈希算法，我們不做具體說明，大家感興趣的話可以深入研究。那麼這裏使用到了SHA256的哈希算法，大家也可自行百度java的實現版本，在下面給出我的代碼（其實也是照搬的）

       public static String SHA256(String str){
           MessageDigest messageDigest;
           String encodeStr = "";
           try {
               messageDigest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
               messageDigest.update(str.getBytes("UTF-8"));
               encodeStr = byte2Hex(messageDigest.digest());
           } catch (Exception e) {
               e.printStackTrace();
           }
   
           return encodeStr;
       }
       private static String byte2Hex(byte[] bytes){
           String strHex = "";
           StringBuilder sb = new StringBuilder("");
           for (int n = 0; n < bytes.length; n++) {
               strHex = Integer.toHexString(bytes[n] & 0xFF);
               sb.append((strHex.length() == 1) ? "0" + strHex : strHex);
           }
           return sb.toString().trim();
       }
   

至此，我們已經初步瞭解了挖礦的流程，對於代碼中的交易集合，之前並沒有提到，所以，在下一篇文章中，會對它做一個詳細的介紹。

歡迎去看下一篇文章：編程小白模擬簡易比特幣系統（三）