PHP 创建区块链

前话

了解区块链基础运作

什么是区块链?

区块链是一个 不可变的、有序的 被称为块的记录链。它们可以包含交易、文件或任何您喜欢的数据。但重要的是,他们用哈希 一起被链接在一起

需要准备什么?

  • php5.6+

1、Block 区块

块是什么样的?

每个块都有一个索引,一个时间戳(Unix时间戳),一个事务列表, 一个校验(工作证明算法生成的证明)前一个块的哈希

block = {
    'index': 2,
    'timestamp': 1506057125,
    'transactions': [
        {
            'sender': "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00",
            'recipient': "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f",
            'amount': 5,
        }
    ],  
    'proof': 324984774000,
    'previous_hash': "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"
}

在这一点上,一个 区块链 的概念应该是明显的 - 每个新块都包含在其内的前一个块的 哈希 。 这是至关重要的,因为这是 区块链 不可改变的原因:如果攻击者损坏 区块链 中较早的块,则所有后续块将包含不正确的哈希值。

新建一个Block类,区块链由N个区块组成,在区块链里,价值信息存储在区块之中。比如,比特币的区块存储交易记录,而交易记录是任何加密货币的核心。除此之外,区块里还包含有技术信息,比如它的版本号,当前的时间戳,以及上一个区块的哈希(Hash)。

<?php
/**
 * Created by PhpStorm.
 * User: ar414.com@gmail.com
 * Date: 2020/2/2
 * Time: 18:42
 */

class Block
{
    /**
     * @var integer 索引
     */
    private $index;

    /**
     * @var integer 时间戳
     */
    private $timestamp;

    /**
     * @var array 事务列表
     */
    private $transactions;

    /**
     * @var string 上一块的哈希值
     */
    private $previousHash;

    /**
     * @var integer 由工作证明算法生成的证明
     */
    private $proof;

    /**
     * @var string 当前块的哈希值
     */
    private $hash;

    /**
     * 通过调用方法返回新生成块的哈希
     * 防止外界改动
     * @return string
     */
    public function getHash()
    {
        return $this->hash;
    }

    public function __construct($index,$timestamp,$transactions,$previousHash,$proof)
    {
        $this->index        = $index;
        $this->timestamp    = $timestamp;
        $this->transactions = $transactions;
        $this->previousHash = $previousHash;
        $this->proof        = $proof;
        $this->hash         = $this->blockHash();
    }

    /**
     * 当前块签名
     * @return string
     */
    private function blockHash()
    {
        //我们必须确保这个字典(区块)是经过排序的,否则我们将会得到不一致的哈希值
        $blockArray = [
            'index' => $this->index,
            'timestamp' => $this->timestamp,
            'transactions' => $this->transactions,
            'proof'        => $this->proof,
            'previous_hash' => $this->previousHash
        ];
        $blockString = json_encode($blockArray);
        return hash('sha256',$blockString);
    }
}
  • index是当前块的索引
  • timestamp是当前块的生成时间
  • transactions是当前块的交易事务列表(有多个或一个交易)
  • previousHash是上一个区块的签名哈希
  • hash是当前区块的签名哈希
  • proof是当前区块的矿工工作量证明

    proof

    使用工作量证明(PoW)算法,来证明是如何在区块链上创建或挖掘新的区块。PoW 的目标是计算出一个符合特定条件的数字,这个数字对于所有人而言必须在计算上非常困难,但易于验证。这是工作证明背后的核心思想。

在比特币中,工作量证明算法被称为 Hashcash ,它和上面的问题很相似,只不过计算难度非常大。这就是矿工们为了争夺创建区块的权利而争相计算的问题。 通常,计算难度与目标字符串需要满足的特定字符的数量成正比,矿工算出结果后,就会获得一定数量的比特币奖励(通过交易)

2、创建一个区块链

我们要创建一个Blockchain类 ,他的构造函数创建了一个初始化的空列表(要存储我们的区块链)并且创建世纪快,以及初始化了事务列表。下面是我们这个类的实例:

Step 1:初始化区块列表并且创建创世块

    /**
     * @var array 区块列表
     */
    private $chain;

    /**
     * @var array 交易事务列表
     */
    private $currentTransactions;

    public function __construct()
    {
        $this->chain = [$this->createGenesisBlock()];
        $this->currentTransactions = [];
    }

     /**
     * 创建创世块
     * @return array
     */
    private function createGenesisBlock()
    {
        $block = [
            'index' => 1,
            'timestamp' => time(),
            'transactions' => [

            ],
            'proof' => 100,
            'previous_hash' => '0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000',//参考BTC的第一个创世块
        ];
        $block['hash'] = (new Block($block['index'],$block['timestamp'],$block['transactions'],$block['previous_hash'],$block['proof']))->getHash();
        return $block;
    }

Step 2:新增交易事务

创建一笔新的交易到交易事务列表中等待新区块打包,每次生成新区块后清空列表

    /**
      * 新增交易事务
      * @param $senderPrivateKey
      * @param $senderAddress
      * @param $recipientAddress
      * @param $amount
      * @return bool
      */
     public function createTransaction($senderPrivateKey,$senderAddress,$recipientAddress,$amount)
     {
         $row = [
             'from'   => $senderAddress,
             'to'     => $recipientAddress,
             'amount' => $amount,
             'timestamp' => time()
         ];
         //TODO 私钥签名(就像支票签名)
         //TODO 区块链节点可以用发送者的签名来推导出公钥,再通过公钥验签并对比数据
         $this->currentTransactions[] = $row;
         return true;
     }

Step 3:创建新区块

当前示例创建新区快操作只能由挖矿成功的矿工操作,挖矿讲解在Step4

    /**
     * 增加新区块
     * @param int $proof
     * @return bool
     */
    public function addBlock(int $proof)
    {
        //上一个区块的信息
        $preBlockInfo = $this->chain[count($this->chain)-1];
        //验证工作证明
        if($this->checkProof($proof,$preBlockInfo['proof']) == false){
            return false;
        }
        //TODO 奖励矿工(在交易事务中)
        $block = [
            'index'        => count($this->chain) + 1,
            'timestamp'    => time(),
            'transactions' => $this->currentTransactions,
            'proof'        => $proof,
            'previous_hash' => $preBlockInfo['hash'],
            'hash'         => ''
        ];
        $block['hash'] = (new Block($block['index'],$block['timestamp'],$block['transactions'],$block['previous_hash'],$block['proof']))->getHash();
        //新增区块
        $this->chain[] = $block;
        //重置交易事务
        $this->currentTransactions = [];
        return true;
    }

        /**
         * 校验算力
         * @param string $proof
         * @param string $preProof
         * @return bool
         */
        private function checkProof(string $proof,string $preProof)
        {
            $string = $proof.$preProof;
            $hash   = hash('sha256',$string);
            if(substr($hash,0,4) == '0000'){
                return true;
            }else{
                return false;
            }
        }

Step 4:挖矿

挖矿正是神奇所在,它很简单,做了一下三件事:

  1. 计算工作量证明 PoW
  2. 通过新增一个交易授予矿工(自己)一个币
  3. 构造新区块并将其添加到链中

在比特币中,工作量证明算法被称为 Hashcash ,它和上面的问题很相似,只不过计算难度非常大。这就是矿工们为了争夺创建区块的权利而争相计算的问题。 通常,计算难度与目标字符串需要满足的特定字符的数量成正比,矿工算出结果后,就会获得一定数量的比特币奖励(通过交易)

让我们来实现一个相似 PoW 算法

找到一个数字 P ,使得它与前一个区块的 Proof 拼接成的字符串的 Hash 值以 4 个零开头。
    /**
     * 挖矿
     * @return void
     */
    public function mine()
    {
//        while (true)
//        {
            $proof = 0;
            //最新区块
            $blockInfo = $this->chain[count($this->chain)-1];
            $preProof  = $blockInfo['proof'];
            while (true)
            {
                $string = $proof.$preProof;
                $hash   = hash('sha256',$string);
                if(substr($hash,0,4) == '0000'){
                    //增加新区块
                    $this->addBlock($proof);
                    break;
                }
                $proof++;
            }

//        }
    }

Step 5:运行测试

$blockChainObj = new Blockchain();

//增加事务
$blockChainObj->createTransaction('','8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00',
    'a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f',1);

//开启挖矿(挖到则生成新区块)
$blockChainObj->mine();

//查看当前区块列表
$blockList = $blockChainObj->getChainList();
var_dump($blockList);

//结果:
$ php Blockchain.php
array(2) {
  [0]=>
  array(6) {
    ["index"]=>
    int(1)
    ["timestamp"]=>
    int(1580717292)
    ["transactions"]=>
    array(0) {
    }
    ["proof"]=>
    int(100)
    ["previous_hash"]=>
    string(64) "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
    ["hash"]=>
    string(64) "567b2848f3ff87a614b3ba5ddc13389d4d7440699b1857935412561721d86d05"
  }
  [1]=>
  array(6) {
    ["index"]=>
    int(2)
    ["timestamp"]=>
    int(1580717292)
    ["transactions"]=>
    array(1) {
      [0]=>
      array(4) {
        ["from"]=>
        string(32) "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00"
        ["to"]=>
        string(32) "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f"
        ["amount"]=>
        int(1)
        ["timestamp"]=>
        int(1580717292)
      }
    }
    ["proof"]=>
    int(28)
    ["previous_hash"]=>
    string(64) "567b2848f3ff87a614b3ba5ddc13389d4d7440699b1857935412561721d86d05"
    ["hash"]=>
    string(64) "3a599c88ddd60fb25605df33d33b19252117c3d7d0e70c66dbc45ed81ab295a9"
  }
}

Setp6:完整代码ar414-com/phpblock

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