cpp 区块链模拟示例(二)工程代码解析

作者: itdef

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书接上文

我们先来看区块的结构

 1 class Block {
 2 public:
 3     string sPrevHash;            //记录上个块的哈希值
 4     Block(uint32_t nIndexIn, const string &sDataIn);    //构造函数
 5     string GetHash();            //获取哈希函数
 6     void MineBlock(uint32_t nDifficulty);    //挖矿函数
 7 private:
 8     uint32_t _nIndex;            //该区块的索引值
 9     int64_t _nNonce;            //区块随机数 用于哈希值的产生
10     string _sData;                //区块描述字符
11     string _sHash;                //区块哈希值
12     time_t _tTime;                //创建时间
13     string _CalculateHash() const;    //哈希值计算函数
14 };

区块结构很清晰。一个区块就是一个创建时间、描述字符、区块随机数字等数据组成。

我们要创建一个区块就是根据创建时间、描述字符、区块随机数字等数据来计算出一个哈希值(_CalculateHash函数的功能)。

inline string Block::_CalculateHash() const {
    stringstream ss;
    ss << _nIndex << _tTime << _sData << _nNonce << sPrevHash;
    return sha256(ss.str());
}

由于_nNonce与创建时间是一值在变化的，_CalculateHash()会产生一个个的哈希。

在MineBlock()函数中对这些哈希进行检测，看看是否符合标准，一旦符合标准，那么久诞生了一个区块。

这里的MineBlock()函数中，根据设置的DifficultyNum，来检测哈希数值前DifficultyNum位是否为零，只有符合标准才是产生的区块的可使用的哈希值

随即产生的哈希值中，前DifficultyNum位为零，只在一定概率下才产生。这也是为了限制区块的产生速度，在本次区块链技术模拟中，我们称之为"工作量证明"

void Block::MineBlock(uint32_t nDifficulty) {
    char cstr[DifficultyNum + 1];
    for (uint32_t i = 0; i < DifficultyNum; ++i) {
        cstr[i] = '0';
    }
    cstr[DifficultyNum] = '\0';
    string str(cstr);
    do {
        _nNonce++;
        _sHash = _CalculateHash();
    } while (_sHash.substr(0, nDifficulty) != str);
    cout << "Block mined: " << _sHash << endl;
}

Block 结构体中 sPrevHash就是记录该区块的上一个区块的哈希值。区块链技术中使用一种方法将哈希值与区块一一对应。

这样知道一个区块和区块中的sPrevHash。通过查找可以依次遍历区块链中的每个区块。这些有关联的区块也正是使用这种方法组成了区块链.

区块链结构体如下

class Blockchain {
public:
    Blockchain();                    //区块链构造函数
    void AddBlock(Block bNew);        //区块链添加区块函数
private:
    uint32_t _nDifficulty;            //难度值
    vector<Block> _vChain;            //记录区块链
    Block _GetLastBlock() const;    //获取最后一个区块
};

大致的示意图如下

我们的模拟文章中，区块链使用了vector<Block> _vChain来记录每个区块，每个区块中都有自己在这个vector中的索引_nIndex，这样查找起来更简单快捷。

区块链创建的时候会插入一个索引为零，描述字符为" Genesis Block "的区块，称之为创始块. 创世块与其他块的区别是交易的输入与输出，这个在后继章节再详细介绍。

AddBlock()与_GetLastBlock()相对比较简单，_GetLastBlock()就是返回vector<Block> _vChain的最后一个元素。

AddBlock()就是通过挖矿产生一个区块，放入到记录vector<Block> _vChain中。当然要记得设置该块的sPrevHash为之前区块链中最后一个块的哈希值.

Blockchain::Blockchain() {
    _vChain.emplace_back(Block(0, "Genesis Block"));
    _nDifficulty = DifficultyNum;
}

void Blockchain::AddBlock(Block bNew) {
    bNew.sPrevHash = _GetLastBlock().GetHash();
    bNew.MineBlock(_nDifficulty);
    _vChain.push_back(bNew);
}

Block Blockchain::_GetLastBlock() const {
    return _vChain.back();
}