Node.js实现简易区块链（三）：交易数据类和挖矿机制的引入

我们知道，区块包含的最重要的信息是交易数据，从发起者（sender）到接收者（receiver），总共发起的金额（amount），交易时间（timestamp）。我们可以将之前区块data进行细化，为此我们引入Transaction类。

class Transaction {
constructor(sender, receiver, amount) {
this.sender = sender;
this.receiver = receiver;
this.amount = amount;
this.timestamp = Date.now();
}
}

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在比特币构想中，比特币是通过个人挖矿的方式，系统奖励比特币的方式将区块添加到链上。因此，我们为区块添加一个时间戳（区块创建时间），哈希值应由交易数据、随机数、时间戳、前区哈希值几部分组成计算；此外，为链添加交易资源池，用于存储所有交易信息，矿工奖励金额两个属性。

我们用代码完成上述操作。

class Block {
constructor(transactions, previousHash, Hash) {
this.transactions = transactions;
this.previousHash = previousHash;
this.hash = this.computeHash();
// 添加成员属性：随机数，参与区块哈希值的运算
// 初始值设置为1
this.nonce = 1;
// 添加属性：区块创建时间
this.timestamp = Date.now();
}
// 计算当前区块的哈希值
computeHash() {
return sha256(
// 将交易数据“们”字符串化
JSON.stringify(this.transactions) +
this.previousHash +
this.nonce +
this.timestamp
).toString();
}
class Chain {
constructor() {
this.chain = [this.createGenesisBlock()];
// 增加一个属性：工作量证明机制的难度
// 设置为3：检查区块哈希值起始3位为0
this.difficulty = 3;
// 交易数据资源池：将所有交易数据添加进池中
this.transactionsPool = [];
// 矿工奖励：2个币
this.minerReward = 2;
}

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我们想一下矿工“挖矿”操作，其实就是上篇文章《Node.js实现简易区块链（二）：工作量证明机制的引入》中实现的生成满足工作量证明机制难度要求的区块哈希值，因此我们复用这块代码就OK了。

// 增加方法：用于生成满足工作量证明机制难度的区块哈希值
// 可视为“挖矿操作”
createHashForPoW(difficulty) {
// 如果区块哈希值前几位不满足工作量证明机制要求
// 重新计算区块哈希值
while (true) {
if (this.hash.substring(0, difficulty)
!== this.getNumberOfZeros(difficulty)) {
this.nonce++;
this.hash = this.computeHash();
}
else {
break;
}
}
}

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我们接下来需要实现链将交易数据添加到资源池，以及发放矿工奖励两个方法的实现。

// 将交易数据添加至交易资源池中
addTransactionToPool(transaction) {
this.transactionsPool.push(transaction);
}
// 将交易数据“们”们添加至交易资源池中
addTransactionsToPool(transactions) {
for (let transaction of transactions) {
this.addTransactionToPool(transaction);
}
}
// 发放矿工奖励
sendMinerReward(minerAddress) {
const minerRewardTransaction = new Transaction(
'',
minerAddress,
this.minerReward
);
this.transactionsPool.push(minerRewardTransaction);
// 创建一个新区块
const newBlock = new Block(
this.transactionsPool,
this.getPreviousBlock().hash
);
// 挖矿
newBlock.createHashForPoW(this.difficulty);
// 将区块添加到链上
this.chain.push(newBlock);
// 资源池清空：不需要所有区块重复记录交易数据
this.transactionsPool = [];
}

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到此，代码实现基本完成了，我们再写一段测试代码进行测试：我们创建两条交易数据，并将它们添加至链上，通过发放矿工奖励的方式吸引矿工们挖矿。

// 创建一个新链
const chain = new Chain();
// 创建两条交易数据
const transaction1 = new Transaction('addr1', 'addr2', 2);
const transaction2 = new Transaction('addr2', 'addr1', 1);
const transactions = [transaction1, transaction2];
// 将交易数据“们”添加到链上
chain.addTransactionsToPool(transactions);
// 发放矿工奖励
chain.sendMinerReward('addr3');
// 查看链上信息
console.log(chain);
// 查看第二个区块的交易数据
console.log(chain.chain[1].transactions);

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测试代码如下：

// 打印结果
Chain {
chain: [
Block {
transactions: 'genesisBlock',
previousHash: '',
hash: '83b54c90a4bf904ef7b15fa78d3a08cbe3122bc590ec2a7ce9f7e0915f2a4a41',
nonce: 1,
timestamp: 1585799587502
},
Block {
transactions: [Array],
previousHash: '83b54c90a4bf904ef7b15fa78d3a08cbe3122bc590ec2a7ce9f7e0915f2a4a41',
hash: '00004f9116557429477ab3d71f76b155dcc049cc4dec49f30726498a803c0178',
nonce: 2733,
timestamp: 1585799587502
}
],
difficulty: 3,
transactionsPool: [],
minerReward: 2
}
[
Transaction {
sender: 'addr1',
receiver: 'addr2',
amount: 2,
timestamp: 1585799587502
},
Transaction {
sender: 'addr2',
receiver: 'addr1',
amount: 1,
timestamp: 1585799587502
},
Transaction {
sender: '',
receiver: 'addr3',
amount: 2,
timestamp: 1585799587502
}
]

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可以看到区块已经包含了三条交易数据，分别是我们创建的两条交易数据以及发放的矿工奖励数据，测试成功。

但是我们知道，交易数据并非完全是合法有效的，如果挖取非真实的交易数据带来的是CPU算力的浪费，我们需要一种方式去验证其有效性。在下篇文章中，遵循中本聪的构想，我们采用数字签名的方式解决这一问题，欢迎大家持续关注！

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