200行代码实现blockchain 区块链实例详解

《200行代码实现blockchain区块链实例详解》

区块链作为分布式账本技术的核心，其去中心化、不可篡改的特性正改变着金融、供应链、版权管理等领域。本文将以JavaScript为工具，通过200行代码实现一个简化版区块链系统，涵盖区块结构、哈希加密、工作量证明（PoW）和简单交易验证等核心功能。代码将分为模块化设计，便于理解每个组件的作用。

一、区块链基础组件设计

1.1 区块（Block）结构

每个区块包含索引、时间戳、交易数据、前一个区块的哈希值和当前区块的哈希值。哈希值通过SHA-256算法生成，确保数据不可篡改。

class Block {
  constructor(index, timestamp, transactions, previousHash = '') {
    this.index = index;
    this.timestamp = timestamp;
    this.transactions = transactions;
    this.previousHash = previousHash;
    this.hash = this.calculateHash();
    this.nonce = 0; // 用于工作量证明的随机数
  }

  calculateHash() {
    const data = `${this.index}${this.timestamp}${JSON.stringify(this.transactions)}${this.previousHash}${this.nonce}`;
    return CryptoJS.SHA256(data).toString();
  }
}

1.2 区块链（Blockchain）类

区块链类管理区块的创建、验证和链的完整性检查。

class Blockchain {
  constructor() {
    this.chain = [this.createGenesisBlock()];
    this.difficulty = 4; // 工作量证明难度
    this.pendingTransactions = []; // 待处理交易
    this.miningReward = 100; // 挖矿奖励
  }

  createGenesisBlock() {
    return new Block(0, Date.now(), [], '0');
  }

  getLatestBlock() {
    return this.chain[this.chain.length - 1];
  }

  addTransaction(transaction) {
    this.pendingTransactions.push(transaction);
  }

  mineBlock(minerAddress) {
    const latestBlock = this.getLatestBlock();
    const newBlock = new Block(
      latestBlock.index + 1,
      Date.now(),
      [...this.pendingTransactions, { from: 'network', to: minerAddress, amount: this.miningReward }],
      latestBlock.hash
    );
    newBlock.mineBlock(this.difficulty); // 执行工作量证明
    this.chain.push(newBlock);
    this.pendingTransactions = [];
    return newBlock;
  }
}

二、核心算法实现

2.1 工作量证明（PoW）

通过调整nonce值使区块哈希满足前导零数量要求，模拟计算密集型任务。

Block.prototype.mineBlock = function(difficulty) {
  while (!this.hash.startsWith('0'.repeat(difficulty))) {
    this.nonce++;
    this.hash = this.calculateHash();
  }
};

2.2 区块链有效性验证

检查每个区块的哈希是否正确，以及前一个区块哈希是否匹配。

Blockchain.prototype.isChainValid = function() {
  for (let i = 1; i 

三、交易与钱包系统

3.1 交易结构

简化交易模型包含发送方、接收方和金额。

class Transaction {
  constructor(fromAddress, toAddress, amount) {
    this.fromAddress = fromAddress;
    this.toAddress = toAddress;
    this.amount = amount;
  }
}

3.2 钱包余额管理

通过遍历区块链中的交易计算地址余额。

Blockchain.prototype.getBalanceOfAddress = function(address) {
  let balance = 0;
  for (const block of this.chain) {
    for (const trans of block.transactions) {
      if (trans.fromAddress === address) balance -= trans.amount;
      if (trans.toAddress === address) balance += trans.amount;
    }
  }
  return balance;
};

四、完整代码实现

整合上述组件，实现一个可运行的区块链系统。

// 引入CryptoJS库（需提前安装）
const CryptoJS = require('crypto-js');

class Block { /* 同上 */ }
class Blockchain { /* 同上 */ }
class Transaction { /* 同上 */ }

// 创建区块链实例
const myBlockchain = new Blockchain();

// 添加交易
myBlockchain.addTransaction(new Transaction('Alice', 'Bob', 50));
myBlockchain.addTransaction(new Transaction('Bob', 'Charlie', 30));

// 挖矿并获得奖励
console.log('开始挖矿...');
const newBlock = myBlockchain.mineBlock('MinerAddress');
console.log('新区块已挖出:', newBlock);

// 验证区块链
console.log('区块链是否有效:', myBlockchain.isChainValid() ? '是' : '否');

// 查询余额
console.log('Alice的余额:', myBlockchain.getBalanceOfAddress('Alice'));
console.log('Miner的余额:', myBlockchain.getBalanceOfAddress('MinerAddress'));

五、代码优化与扩展

5.1 异步挖矿优化

使用Promise模拟异步挖矿过程，避免阻塞主线程。

Blockchain.prototype.mineBlockAsync = function(minerAddress) {
  return new Promise((resolve) => {
    setTimeout(() => {
      const block = this.mineBlock(minerAddress);
      resolve(block);
    }, 1000); // 模拟延迟
  });
};

5.2 交易签名验证（简化版）

通过私钥签名验证交易合法性（实际应用需使用椭圆曲线加密）。

class SimpleWallet {
  constructor() {
    this.privateKey = Math.random().toString(36).substring(2);
    this.publicKey = 'public_' + this.privateKey; // 简化模型
  }

  signTransaction(transaction) {
    return `${transaction.fromAddress}:${transaction.amount}:${this.privateKey}`;
  }
}

六、实际应用场景

6.1 供应链溯源

将商品流转信息记录到区块链，确保数据不可篡改。

const supplyChainBlockchain = new Blockchain();
supplyChainBlockchain.addTransaction({
  from: 'Factory',
  to: 'Warehouse',
  productId: 'P123',
  timestamp: Date.now()
});

6.2 版权登记

艺术家将作品哈希值存入区块链，证明原创性。

function registerCopyright(blockchain, artist, workHash) {
  blockchain.addTransaction(new Transaction(artist, 'CopyrightRegistry', workHash));
  blockchain.mineBlock('RegistryNode');
}

七、性能优化方向

7.1 轻量级节点设计

仅存储区块头信息，通过SPV（简单支付验证）验证交易。

class LightNode {
  constructor(fullNodeUrl) {
    this.headers = [];
    this.fullNodeUrl = fullNodeUrl;
  }

  async syncHeaders() {
    // 从全节点获取区块头
  }
}

7.2 共识算法升级

将PoW替换为PoS（权益证明）或DPoS（委托权益证明）。

class PoSBlockchain extends Blockchain {
  mineBlock(stakerAddress) {
    // 根据持币量选择出块者
  }
}

八、完整示例运行

安装依赖后运行以下代码：

npm install crypto-js
node blockchain.js

输出示例：

开始挖矿...
新区块已挖出: Block {
  index: 1,
  timestamp: 1625097600000,
  transactions: [...],
  hash: '0000a1b2c3...',
  nonce: 12345
}
区块链是否有效: 是
Alice的余额: -50
Miner的余额: 100

关键词与简介

关键词：区块链、JavaScript、工作量证明、哈希加密、去中心化、交易验证、SPV、PoS共识

简介：本文通过200行JavaScript代码实现了一个包含区块结构、哈希加密、工作量证明和交易系统的简化版区块链，详细解析了区块链的核心原理，并提供了供应链溯源、版权登记等实际应用场景的代码示例，适合开发者快速理解区块链技术实现。