Implementando um Blockchain Simples em Java

Representamos um bloco por um valor de hash. Generating the hash value of a block is called “mining” o bloco. A mineração de um bloco é tipicamente dispendiosa em termos computacionais, pois serve como "prova de trabalho".

O hash de um bloco geralmente consiste nos seguintes dados:

Múltiplosnodes in the network can compete to mine no bloco ao mesmo tempo. Além de gerar o hash, os nós também precisam verificar se as transações incluídas no bloco são legítimas. O primeiro a minerar um bloco vence a corrida!

Embora a mineração de um bloco seja computacionalmente cara,verifying that a block is legitimate is relatively much easier. Todos os nós da rede participam na verificação de um bloco recém-extraído.

Portanto, umablock is added into the blockchain on the consensus dos nós recém-minerados.

Agora, existem vários protocolos de consenso disponíveis que podemos usar para verificação. Os nós da rede usam o mesmo protocolo para detectar ramificações maliciosas da cadeia. Portanto, uma ramificação maliciosa, mesmo que introduzida, será rejeitada em breve pela maioria dos nós.

Primeiro, precisamos definir um POJO simples que retenha os dados do nosso bloco:

Vamos entender o que empacotamos aqui:

Agora, como calculamos o hash de um bloco? Nós usamos um métodocalculateBlockHash, mas ainda não vimos uma implementação. Antes de implementar este método, vale a pena gastar algum tempo para entender o que exatamente é um hash.

Um hash é uma saída de algo conhecido como função hash. Ahash function maps input data of arbitrary size to output data of fixed size. O hash é bastante sensível a qualquer alteração nos dados de entrada, por menores que sejam.

Além disso, é impossível obter os dados de entrada de volta apenas de seu hash. Essas propriedades tornam a função hash bastante útil na criptografia.

Então, vamos ver como podemos gerar o hash do nosso bloco em Java:

Muitas coisas acontecendo aqui, vamos entendê-las em detalhes:

Tudo parece simples e elegante até agora, exceto pelo fato de que ainda não exploramos o bloco. Então, o que exatamente envolve a mineração de um bloco, que capturou a imaginação dos desenvolvedores já há algum tempo!

Bem,mining a block means solving a computationally complex task para o bloco. Embora o cálculo do hash de um bloco seja um tanto trivial, encontrar o hash começando com cinco zeros não é. Ainda mais complicado seria encontrar um hash começando com dez zeros, e temos uma ideia geral.

Então, como exatamente podemos fazer isso? Honestamente, a solução é muito menos chique! É com força bruta que tentamos atingir esse objetivo. Fazemos uso do nonce aqui:

Vamos ver o que estamos tentando fazer aqui:

Estamos começando com o valor padrão de nonce aqui e aumentando-o em um. Mas há maissophisticated strategies to start and increment a nonce em aplicativos do mundo real. Além disso, não estamos verificando nossos dados aqui, o que normalmente é uma parte importante.

Agora que definimos nosso bloco junto com suas funções, podemos usá-lo para criar um blockchain simples. Vamos armazenar isso em umArrayList:

Além disso, definimos um prefixo de quatro, o que efetivamente significa que queremos que nosso hash comece com quatro zeros.

Vamos ver como podemos adicionar um bloco aqui:

Como um nó pode validar que uma blockchain é válida? Embora isso possa ser bastante complicado, vamos pensar em uma versão simples:

Então, aqui estamos fazendo três verificações específicas para cada bloco:

Calcular o hash de um bloco e encontrar o hash desejado é apenas uma parte da mineração. Um bloco consiste em dados, geralmente na forma de várias transações. Eles devem ser verificados antes de poderem fazer parte de um bloco e extraídos.

Uma implementação típica deblockchain sets a restriction on how much data can be part of a block. Ele tambémsets up rules on how a transaction can be verified. Vários nós na rede participam do processo de verificação.

Vimos que um algoritmo de consenso como "Prova de trabalho" é usado para extrair e validar um bloco. No entanto, este não é o único algoritmo de consenso disponível para uso.

Existemseveral other consensus algorithms to choose from, como Prova de aposta, Prova de autoridade e Prova de peso. Todos estes têm seus prós e contras. Qual deles usar depende do tipo de aplicativo que pretendemos criar.

Uma rede blockchain normalmente consiste em nós voluntários. Agora, por que alguém iria querer contribuir para esse processo complexo e mantê-lo legítimo e crescente?

Isso ocorre porquenodes are rewarded for verifying the transactions and mining a block. Essas recompensas geralmente estão na forma de moeda associada ao aplicativo. Mas um aplicativo pode decidir que a recompensa seja algo de valor.

Um blockchain depende completamente de sua rede para operar. Em teoria, a rede é completamente descentralizada e todos os nós são iguais. No entanto, na prática, uma rede consiste em vários tipos de nós.

Enquantoa full node has a complete list of transactions, a light node only has a partial list. Além disso, nem todos os nós participam da verificação e validação.

Uma das características da tecnologia blockchain é sua abertura e anonimato. Mas como isso fornece segurança para as transações realizadas? Isso ébased on cryptography and public key infrastructure.

O iniciador de uma transação usa sua chave privada para protegê-la e anexá-la à chave pública do destinatário. Os nós podem usar as chaves públicas dos participantes para verificar as transações.