一步步教小白使用C++構建區塊鏈
最近你可能聽說過很多關於區塊鏈的訊息，想知道大家都在談論什麼。 區塊鏈是一種分類賬本，它的實現原理使得很難改變它所包含的資料；有人說區塊鏈是不可改變的，它的目的是保持其正確的，不變性意味著永久性；但是硬碟上沒有任何東西 永遠可以被認為是永久性不變的；我們把這些哲學辯論留給非技術人員。而我現在要做的是向您展示如何使用C ++編寫區塊鏈。
免責宣告
- 本教程是參考Savjee使用NodeJS編寫一篇文章;
- 有一段時間沒有編寫任何C ++程式碼，程式碼可能會有點生疏。（譯者注：執行該C++程式，可以生成區塊並組成區塊鏈，也具備工作量證明POW功能）
首先要做的是開啟一個新的C++專案，我使用JetBrains中的CLion，但任何C++ IDE甚至文字編輯器都可以（譯者注：譯者使用的是VIM）。 我們將建立TestChain專案，繼續下一步建立專案。
如果您使用CLion，您會看到main.cpp檔案已經建立並開啟; 我們暫時不使用該主函式檔案。
在主專案資料夾中建立一個名為Block.h的檔案，您應該可以通過右鍵單擊專案工具視窗中的TestChain目錄並選擇：New>C/C ++ Header File來新建。
在檔案內部，新增下面的程式碼（如果您使用CLion將所有程式碼放在#define TESTCHAIN_BLOCK_H和#endif的行之間)(譯者注：防止標頭檔案被重複呼叫)
#include<cstdint>#include<iostream>
上面語句的意思是告訴編譯器包含cstdint和iostream庫。在它下面新增這一行：
usingnamespace std;
上面語句是為std名稱空間建立了一個快捷方式。其作用是不需要通過其使用全名引用std名稱空間中的宣告，例如，如果有上面語句則書寫string就可以使用字串，否則需要使用全名訪問字串，如std::string。
到現在為止感覺還挺好; 讓我們進一步完善充實。
區塊鏈由一系列包含資料的區塊組成，每個區塊都包含前一區塊的加密HASH，這就表示很難改變某一個區塊的內容，而後面的區塊內容也同樣發生改變（譯者注：如果改變中間某個區塊的內容，則這個區塊之後的所有區塊的內容都需要被改變才有效
區塊頭結構
接下來我們建立我們的塊類，將以下幾行新增到Block.h標頭檔案中：
classBlock{public:string sPrevHash;Block(uint32_t nIndexIn,const string &sDataIn);string GetHash();voidMineBlock(uint32_t nDifficulty);private:uint32_t _nIndex;int64_t _nNonce;string _sData;string _sHash;time_t _tTime;string_CalculateHash()const;};
不出所料，第1行 類Block第2行 公有修飾符 public第3行 公有變數sPrevHash,儲存區塊的前一個區塊第5行 建構函式，需要的引數為nIndexIn和sDataInconst和&一起使用，表示引數為引用傳遞，其值不可被修改，其目的是提高效率並且節省記憶體第7行 GetHash()函式,獲得HASH值第9行 MineBlock()函式，挖礦，其引數nDifficulty表示指定的難度值第11行 私有修飾符private，表示後面的變數為私有變數，不能被其他類訪問第12-16行 私有變數
- _nIndex 區塊索引值，第幾個區塊，從0開始計算，
- _nNonce 區塊隨機數，
- _sData 區塊描述字元
- _sHash 區塊HASH值
- _tTime 區塊生成時間
第18行 _CalculateHash()，計算HASH值。使用const關鍵字，是為了確保函式的輸出不能被修改，這在處理區塊鏈時非常有用。
現在是在主專案資料夾中建立Blockchain.h標頭檔案的時候了。讓我們開始新增這些行（如果您使用CLion將所有程式碼#define TESTCHAIN_BLOCKCHAIN_H 和 #endif之間）
#include<cstdint>#include<vector>#include"Block.h"usingnamespace std;
上面語句告知編譯器包含cstdint和vector向量庫，以及呼叫我們剛建立的Block.h標頭檔案，並建立std namespace快捷方式。
區塊鏈頭結構
現在讓我們建立區塊鏈類，將以下程式碼行新增到Blockchain.h標頭檔案中：
classBlockchain{public:Blockchain();voidAddBlock(Block bNew);private:uint32_t _nDifficulty;vector<Block> _vChain;Block_GetLastBlock()const;};
第1行 建立區塊鏈類第2行 public修飾符第3行 預設建構函式第5行 AddBlock() 增加區塊函式，引數為我們前面建立的Block類的物件bNew第7行 private修飾符，後面的變數和方法是私有的第8-9行 私有變數
- _nDifficulty難度值
- _vChain儲存區塊的變數第11行 _GetLastBlock()獲取最新的區塊，由const關鍵字，表示輸出的內容不可更改
因為區塊鏈使用密碼學，所以我們區塊鏈需要一些加密函式。 我們將使用SHA256雜湊來建立塊的雜湊值，（我們可以編寫自己的SHA256函式，但是沒必要重複造輪子），為了讓編碼更加簡單，引用了來自Zedwood的C++ sha256函式，該連結中有sha256.h，sha256.cpp和LICENSE.txt檔案，我們將它們儲存在專案資料夾中。（譯者注：可以使用譯者提供的centos系統可以變編譯執行的程式碼）
好的，讓我們繼續
接下來我們的區塊建立一個原始檔Block.cpp並儲存到主專案資料夾中首先新增這些行，告訴編譯器包含我們之前新增的Block.h和sha256.h檔案。
#include"Block.h"#include"sha256.h"
下面實現區塊建構函式：
Block::Block(uint32_t nIndexIn,const string &sDataIn): _nIndex(nIndexIn), _sData(sDataIn){_nNonce =-1;_tTime = time(nullptr);}
第1行 將引數的內容賦值給變數_nIndex和_sData中。第2行 _nNonce變數設定為-1。第3行 _tTime變數設定為當前時間。
實現訪問區塊的HASH函式：
string Block::GetHash(){return _sHash;}
第2行 返回私有變數_sHash的值
您可能已經清楚，比特幣數字貨幣中設計區塊鏈技術非常受歡迎，使得分類賬不能被修改或者保密;這意味著，當一個使用者將比特幣傳送給另一個使用者時，比特幣網路上的節點將轉賬交易寫到區塊鏈中的一個區塊中。另一臺計算機作為一個節點執行比特幣軟體（因為比特幣網路是P2P，所以該節點可以是世界上任何一個人執行）;這個過程被稱為“挖礦”，每當他們在區塊鏈上成功建立一個有效的區塊時，該節點將獲得相應的比特幣獎勵。
如果想成功建立一個有效的區塊並因此獲得獎勵，礦工必須建立一個有效的區塊加密HASH新增到區塊鏈中。 有效區塊HASH是通過計算HASH開頭零的數量來實現的；如果零的數量等於或大於網路設定的難度，則表示有效，否則將增加隨機數後重新建立雜湊;直到生成一個有效的雜湊。 這個過程稱為工作量證明（Proof of Work，PoW）。
挖礦過程-工作量證明
接下來，我們實現MineBlock方法來複現上述過程
voidBlock::MineBlock(uint32_t nDifficulty){char cstr[nDifficulty +1];for(uint32_t i =0; i < nDifficulty;++i){cstr[i]='0';}cstr[nDifficulty]='\0';string str(cstr);do{_nNonce++;_sHash =_CalculateHash();}while(_sHash.substr(0, nDifficulty)!= str);cout <<"Block mined: "<< _sHash << endl;}
第1行 MineBlock函式在block.h檔案中宣告，引數nDifficulty為難度第2行 建立一個難度大於nDifficulty的值的字元資料第3-6行 用0填充陣列，最後一個字元填充為終止符\0第8行 將字元陣列轉換為string字串第10-13行 迴圈增加隨機數，並且計算HASH值儲存到_sHash中。迴圈結束的條件是比較生成的HASH值和剛剛建立的零串，一旦匹配則跳出迴圈，否則繼續生成HASH第15行 一旦找到匹配，就會向輸出傳送該區塊的HASH值，表示該塊已成功開採。
區塊HASH計算
我們前面已經看到它好幾次，所以接下來新增_CalculateHash方法：
inline string Block::_CalculateHash()const{stringstream ss;ss << _nIndex << _tTime << _sData << _nNonce << sPrevHash;return sha256(ss.str());}
第1行 該函式在Block.h標頭檔案中宣告，inline關鍵字修飾，表示編譯器編譯時將該函式程式碼嵌入到其他函式中，減少了函式的呼叫開銷（譯者注：inline通常用在迴圈體內）
第2行 建立一個字串流ss。
第3行 將_nIndex，_tTime，_sData，_nNonce和sPrevHash的值附加到流字串流ss中。
第5行 將字串流ss的sha256值輸出
增加區塊鏈檔案Blockchain.cpp到主專案資料夾中。
下面的程式碼編譯器包含新增的Blockchain.h檔案。
#include"Blockchain.h"
創世塊的產生
接下來，我們實現區塊鏈建構函式
Blockchain::Blockchain(){_vChain.emplace_back(Block(0,"Genesis Block"));_nDifficulty =3;}
第1行 區塊鏈建構函式，生成“創世塊”。
因為將區塊新增到區塊鏈中時，需要新增前一個區塊HASH值，所以區塊鏈必須從某處開始，我們稱最開始的那個區塊為“創世塊”。
第2行 將生成的區塊放在向量_vChain中。
emplace_back()函式，在容器_vChain尾部新增一個元素，這個元素原地構造，不需要觸發拷貝構造和轉移構造。
第3行 設定工作量POW的難度值（即區塊HASH前面有多少個零）
新增區塊
現在，我們實現區塊增加函式
voidBlockchain::AddBlock(Block bNew){bNew.sPrevHash =_GetLastBlock().GetHash();bNew.MineBlock(_nDifficulty);_vChain.push_back(bNew);}
第1行 該函式是在Blockchain.h檔案中申明，引數為區塊物件第2行 將上一區塊的hash值（_vChain的最後一個區塊HASH值）儲存到sPrevHash中第3行 挖礦，引數為_nDifficulty難度值第4行 將新挖的區塊儲存到_vChain向量的末尾
讓我們實現區塊鏈的最後一個方法
BlockBlockchain::_GetLastBlock()const