C# 简单的区块链实现

1.项目配置

首先新建一个 Asp.Net Core 项目，然后选择 Empty Project(空项目) 类型，建立完成后无需进行任何配置。

2.数据模型

这里我们来创建一个具体的区块数据模型，使用的是 Struct 结构体。

public struct Block

{

    /// <summary>

    /// 区块位置

    /// </summary>

    public int Index { get; set; }

    /// <summary>

    /// 区块生成时间戳

    /// </summary>

    public string TimeStamp { get; set; }

    /// <summary>

    /// 心率数值

    /// </summary>

    public int BPM { get; set; }

    /// <summary>

    /// 区块 SHA-256 散列值

    /// </summary>

    public string Hash { get; set; }

    /// <summary>

    /// 前一个区块 SHA-256 散列值

    /// </summary>

    public string PrevHash { get; set; }

}

这里各个字段的含义已经在注释上方标明了，这里不在过多赘述。
之后我们新建一个 BlockGenerator 静态类用于管理区块链，并且使用一个 List 保存区块链数据。

public static class BlockGenerator

{

    public static List<Block> _blockChain = new List<Block>();

}

我们使用散列算法（SHA256）来确定和维护链中块和块正确的顺序，确保每一个块的 PrevHash 值等于前一个块中的 Hash 值，这样就以正确的块顺序构建出链:

4.散列与生成区块

使用散列是因为可以使用极少的控件生成每一个区块的唯一标识，而且可以维持整个区块链的完整性，通过每个区块存储的前一个链的散列值，我们就可以确保区块链当中每一个区块的正确性，任何针对区块的无效更改都会导致散列值的改变，也就破坏了区块链。
那么我们就在 BlockGenerator 当中添加一个函数用于计算 Block 的 Hash 值:

/// <summary>

/// 计算区块 HASH 值

/// </summary>

/// <param name="block">区块实例</param>

/// <returns>计算完成的区块散列值</returns>

public static string CalculateHash(Block block)

{

    string calculationStr = $"{block.Index}{block.TimeStamp}{block.BPM}{block.PrevHash}";

    SHA256 sha256Generator = SHA256.Create();

    byte[] sha256HashBytes = sha256Generator.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(calculationStr));

    StringBuilder sha256StrBuilder = new StringBuilder();

    foreach (byte @byte in sha256HashBytes)

    {

        sha256StrBuilder.Append(@byte.ToString("x2"));

    }

    return sha256StrBuilder.ToString();

}

这里的 CalculateHash 函数接收一个 Block 实例，通过该实例当中的 Index、TimeStamp、BPM、PrevHash 的值来计算出当前块的 SHA256 Hash 值，之后我们就可以来编写一个生成块的函数:

/// <summary>

/// 生成新的区块

/// </summary>

/// <param name="oldBlock">旧的区块数据</param>

/// <param name="BPM">心率</param>

/// <returns>新的区块</returns>

public static Block GenerateBlock(Block oldBlock, int BPM)

{

    Block newBlock = new Block()

    {

        Index = oldBlock.Index + ,

        TimeStamp = CalculateCurrentTimeUTC(),

        BPM = BPM,

        PrevHash = oldBlock.Hash

    };

    newBlock.Hash = CalculateHash(newBlock);

    return newBlock;

}

这个函数需要接收前一个块对象的值，用于新区块的 Index 递增以及新的 SHA256 Hash 计算。
这里掺入了一个 CalculateCurrentTimeUTC 函数，该函数主要是用于将 DateTime.Now 时间转换为 UTC 时间，如下：

/// <summary>

/// 计算当前时间的 UTC 表示格式

/// </summary>

/// <returns>UTC 时间字符串</returns>

public static string CalculateCurrentTimeUTC()

{

    DateTime startTime = new DateTime(, , , , , , );

    DateTime nowTime = DateTime.Now;

    long unixTime = (long)Math.Round((nowTime - startTime).TotalMilliseconds, MidpointRounding.AwayFromZero);

    return unixTime.ToString();

}

5.校验区块

每一个区块都是不可信的，所以我们需要在生成新的区块的时候对其进行校验，校验规则如下：

校验新区块与旧区块的 Index 是否正确递增
校验新区块的 Hash 值是否正确
校验新区块的 PrevHash 值是否与旧区块的 Hash 值匹配

有了上述几种条件，我们可以编写一个校验函数如下：

/// <summary>

/// 检验区块是否有效

/// </summary>

/// <param name="newBlock">新生成的区块数据</param>

/// <param name="oldBlock">旧的区块数据</param>

/// <returns>有效返回 TRUE，无效返回 FALSE</returns>

public static bool IsBlockValid(Block newBlock, Block oldBlock)

{

    if (oldBlock.Index +  != newBlock.Index) return false;

    if (oldBlock.Hash != newBlock.PrevHash) return false;

    if (CalculateHash(newBlock) != newBlock.Hash) return false;

    return true;

}

除开区块校验的问题之外，如果有两个节点被分别添加到各自的区块链上，我们应该始终以最长的那一条为主线，因为最长的那一条意味着他的区块数据始终是最新的。

So，我们还需要一个更新最新区块的函数:

/// <summary>

/// 如果新的区块链比当前区块链更新，则切换当前区块链为最新区块链

/// </summary>

/// <param name="newBlockChain">新的区块链</param>

public static void SwitchChain(List<Block> newBlockChain)

{

    if (newBlockChain.Count > _blockChain.Count)

    {

        _blockChain = newBlockChain;

    }

}

6.集成到 Web 当中

现在整个区块链的基本操作已经完成，现在我们需要让他运转起来，我们来到 StartUp 当中，添加两个新的路由：

app.Map("/BlockChain", _ =>

{

    _.Run(async context =>

    {

        if (context.Request.Method == "POST")

        {

            // 增加区块链

            if (BlockGenerator._blockChain.Count == )

            {

                Block firstBlock = new Block()

                {

                    Index = ,

                    TimeStamp = BlockGenerator.CalculateCurrentTimeUTC(),

                    BPM = ,

                    Hash = string.Empty,

                    PrevHash = string.Empty

                };

                BlockGenerator._blockChain.Add(firstBlock);

                await context.Response.WriteAsync(JsonConvert.SerializeObject(firstBlock));

            }

            else

            {

                int.TryParse(context.Request.Form["BPM"][], out int bpm);

                Block oldBlock = BlockGenerator._blockChain.Last();

                Block newBlock = BlockGenerator.GenerateBlock(oldBlock, bpm);

                if (BlockGenerator.IsBlockValid(newBlock, oldBlock))

                {

                    List<Block> newBlockChain = new List<Block>();

                    foreach (var block in BlockGenerator._blockChain)

                    {

                        newBlockChain.Add(block);

                    }

                    newBlockChain.Add(newBlock);

                    BlockGenerator.SwitchChain(newBlockChain);

                }

                await context.Response.WriteAsync(JsonConvert.SerializeObject(newBlock));

            }

        }

    });

});

app.Map("/BlockChains", _ =>

{

    _.Run(async context =>

    {

        await context.Response.WriteAsync(JsonConvert.SerializeObject(BlockGenerator._blockChain));

    });

});

7.最终效果

我们先通过 PostMan 来构建一个创世块：

然后我们尝试多添加几个之后，访问 BlockChain 来查看已经存在的区块链结构：

8.结语

通过以上代码我们完成了一个简陋的区块链，虽然十分简陋，但是已经具备了块生成，散列计算，块校验这些基本能力，你可以参考 GitHub 上面各种成熟的区块链实现来完成工作量证明、权益证明这样的共识算法，或者是智能合约、Dapp、侧链等等。

原文地址：http://www.cnblogs.com/myzony/p/8478789.html

巴特西