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引言

什么是區(qū)塊鏈？官方的解釋是：區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式記賬系統(tǒng)，是藉用密碼學(xué)串接并保護(hù)其內(nèi)容的串連交易記錄（又稱區(qū)塊）。每一個(gè)區(qū)塊包含了前一個(gè)區(qū)塊的加密散列、對(duì)應(yīng)的時(shí)間戳記以及交易數(shù)據(jù)（通常用默克爾樹算法計(jì)算的散列值表示），這樣的設(shè)計(jì)使得區(qū)塊內(nèi)容具有難以被竄改的特性。用區(qū)塊鏈所串接的分布式賬本能讓兩方有效率地紀(jì)錄交易，且此交易可永久被查驗(yàn)。

但這個(gè)解釋對(duì)于初學(xué)者來說太抽象了，所以接下來我們將會(huì)使用PHP來實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)易的區(qū)塊鏈來加深對(duì)區(qū)塊鏈的理解。

區(qū)塊

大家應(yīng)該玩過成語接龍，規(guī)則是這樣：我先說一個(gè)成語“人上人海”，下一個(gè)玩家需要使用我說的成語的最后一個(gè)字作為下一個(gè)成語的開頭，就是說需要使用“海”這個(gè)字作為新成語的開頭，這時(shí)就可以接一個(gè)“海闊天空”。

而區(qū)塊鏈的形式有點(diǎn)像成語接龍，就是下一個(gè)區(qū)塊必須使用上一個(gè)區(qū)塊的Hash值作為憑據(jù)來生成下一個(gè)區(qū)塊。如下圖：

這樣做的好處是：從任意一個(gè)區(qū)塊開始都可以通過前一個(gè)區(qū)塊的Hash值可以不斷的追溯整條區(qū)塊鏈，直到創(chuàng)世區(qū)塊（也就是區(qū)塊鏈的第一個(gè)區(qū)塊）。如果有人惡意攻擊，也必須更改整條區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)。但是計(jì)算Hash值是一個(gè)耗時(shí)的操作，所以要更改整條區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)基本是不可能達(dá)到，這就保證了區(qū)塊鏈的安全性。

下面我們使用PHP代碼來定義區(qū)塊： 

<php  
class Block {  
    public $prevHash;  
    public $hash;  
    public $timeStamp;  
    public $data;  
} 

prevHash、hash和timeStamp這幾個(gè)字段在區(qū)塊鏈中被稱為區(qū)塊頭，區(qū)塊的Hash值使用SHA-256算法計(jì)算。計(jì)算方法如下： 

<php  
class Block {  
    ...  
    public function setBlockHash() {  
        $data = serialize($this);  
        $this->hash = hash('sha256', $data);  
    }  
}  

首先我們使用serialize()函數(shù)把整個(gè)區(qū)塊序列化，然后使用hash()函數(shù)計(jì)算區(qū)塊的Hash值，并賦值給hash字段。

區(qū)塊對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)如下： 

<php  
class Block {  
    ...  
    public function __construct($prevHash, $data) {  
        $this->prevHash = $prevHash;  
        $this->timeStamp = time();  
        $this->data = $data;  
        $this->setBlockHash();  
    }  
}  

另外我們提供一個(gè)獲取區(qū)塊Hash值的方法： 

<?php  
class Block  
{  
    ...  
    public function getBlockHash()  
    {  
        return $this->hash;  
    }  
} 

區(qū)塊鏈

前面說了，區(qū)塊鏈就是按照一定的規(guī)則連接起來的區(qū)塊，連接的規(guī)則就是下一個(gè)區(qū)塊的區(qū)塊頭中必須包含前一個(gè)區(qū)塊的Hash值。我們編寫一個(gè)區(qū)塊鏈對(duì)象來保存整條區(qū)塊鏈，代碼如下： 

<?php  
include('block.php');  
class Blockchain  
{  
    public $blocks = [];  
}  

區(qū)塊鏈對(duì)象內(nèi)部使用了一個(gè)數(shù)組來保存所有的區(qū)塊，現(xiàn)階段我們還沒有使用到數(shù)據(jù)庫來保存區(qū)塊鏈，所以現(xiàn)在只需要把區(qū)塊鏈保存在內(nèi)存即可。

向區(qū)塊鏈添加一個(gè)新的區(qū)塊代碼如下： 

<?php  
include('block.php'); 
class Blockchain 
{  
    ...  
    public function addBlock($data)  
    {  
        $prevBlock = $this->blocks[count($this->blocks)-1];  
        $this->blocks[] = new Block($prevBlock->getBlockHash(), $data);  
    } 
}  

因?yàn)樯尚聟^(qū)塊必須包含前一個(gè)區(qū)塊的Hash值，所以在添加新區(qū)塊時(shí)需要獲取區(qū)塊鏈中最后一個(gè)區(qū)塊作為新區(qū)塊的前一個(gè)區(qū)塊，然后把前一個(gè)區(qū)塊的Hash包含到新區(qū)塊的區(qū)塊頭中。

可能聰明的讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)，在區(qū)塊鏈剛創(chuàng)建時(shí)并沒有任何區(qū)塊，那么添加新區(qū)塊時(shí)拿哪個(gè)區(qū)塊作為前一個(gè)區(qū)塊呢？答案就是創(chuàng)世區(qū)塊。創(chuàng)世區(qū)塊不用包含前一個(gè)區(qū)塊的Hash值，而且隨著區(qū)塊鏈的創(chuàng)建被創(chuàng)建，代碼如下： 

<?php  
include('block.php');  
class Blockchain  
{  
    ...  
    public function __construct()  
    {  
        $this->blocks[] = new Block('', 'Genesis Block');  
    }  
}  

創(chuàng)世區(qū)塊并不需要包含前一個(gè)區(qū)塊的Hash值，所以在創(chuàng)建創(chuàng)世區(qū)塊時(shí)把前一個(gè)區(qū)塊的Hash值設(shè)置為空。

OK！我們的簡(jiǎn)易區(qū)塊鏈已經(jīng)完成了，現(xiàn)在來測(cè)試一下我們的代碼吧： 

<?php  
include('blockchain.php');  
$bc = new Blockchain();  
 
$bc->addBlock('This is block1');  
$bc->addBlock('This is block2');  
 
foreach ($bc->blocks as $block) {  
    printf("PrevHash: %s\n", $block->prevHash);  
    printf("Hash: %s\n", $block->hash);  
    printf("Data: %s\n", $block->data);  
    printf("\n");  
}  

我們來運(yùn)行一下測(cè)試代碼，運(yùn)行結(jié)果如下：

很好，結(jié)果符合我們的預(yù)期。

總結(jié)

本文只是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)最簡(jiǎn)易的區(qū)塊鏈，離完整的區(qū)塊鏈還有非常遠(yuǎn)的距離。在我們現(xiàn)在的實(shí)現(xiàn)中存在很多不足，如：添加一個(gè)區(qū)塊的成本很低，沒有實(shí)現(xiàn)分布式，不能保存到本地磁盤（重啟機(jī)器數(shù)據(jù)就會(huì)丟失）等，接下來的教程將會(huì)不斷完善這些問題。