PHP也能實現區塊鏈？基礎結構篇

列旭松，唯品會資深工程師，曾任職於YY語音，熟識PHP、C語言和Go語言。10年PHP開發經驗，對PHP底層實現原理有較深理解。熱衷於開源事業，開源過多個PHP相關的擴展，流行的PHP源碼加密擴展（PHP-Beast）作者。另外，本人對分散式緩存系統（如Redis、Memcached）有較大的興趣，喜歡鑽研底層實現原理，《 PHP 核心技術與最佳實踐》一書的作者。

引言

什麼是區塊鏈？官方的解釋是：區塊鏈是一個分散式記賬系統，是藉用密碼學串接並保護其內容的串連交易記錄（又稱區塊）。每一個區塊包含了前一個區塊的加密散列、對應的時間戳記以及交易數據（通常用默克爾樹演算法計算的散列值表示），這樣的設計使得區塊內容具有難以被竄改的特性。用區塊鏈所串接的分散式賬本能讓兩方有效率地紀錄交易，且此交易可永久被查驗。

但這個解釋對於初學者來說太抽象了，所以接下來我們將會使用PHP來實現一個簡易的區塊鏈來加深對區塊鏈的理解。

區塊

大家應該玩過成語接龍，規則是這樣：我先說一個成語「人上人海」，下一個玩家需要使用我說的成語的最後一個字作為下一個成語的開頭，就是說需要使用「海」這個字作為新成語的開頭，這時就可以接一個「海闊天空」。

而區塊鏈的形式有點像成語接龍，就是下一個區塊必須使用上一個區塊的Hash值作為憑據來生成下一個區塊。如下圖：

這樣做的好處是：從任意一個區塊開始都可以通過前一個區塊的Hash值可以不斷的追溯整條區塊鏈，直到創世區塊（也就是區塊鏈的第一個區塊）。如果有人惡意攻擊，也必須更改整條區塊鏈的數據。但是計算Hash值是一個耗時的操作，所以要更改整條區塊鏈的數據基本是不可能達到，這就保證了區塊鏈的安全性。

下面我們使用PHP代碼來定義區塊：

<php
class Block {
public $prevHash;
public $hash;
public $timeStamp;
public $data;
}


prevHash、hash和timeStamp這幾個欄位在區塊鏈中被稱為區塊頭，區塊的Hash值使用SHA-256演算法計算。計算方法如下：

<php
class Block {
...
public function setBlockHash {
$data = serialize($this);
$this->hash = hash("sha256", $data);
}
}

首先我們使用serialize函數把整個區塊序列化，然後使用hash函數計算區塊的Hash值，並賦值給hash欄位。

區塊對象的構造函數如下：

<php
class Block {
...
public function __construct($prevHash, $data) {
$this->prevHash = $prevHash;
$this->timeStamp = time;
$this->data = $data;
$this->setBlockHash;
}
}


另外我們提供一個獲取區塊Hash值的方法：

<?php

class Block
{
...
public function getBlockHash
{
return $this->hash;
}
}


區塊鏈

前面說了，區塊鏈就是按照一定的規則連接起來的區塊，連接的規則就是下一個區塊的區塊頭中必須包含前一個區塊的Hash值。我們編寫一個區塊鏈對象來保存整條區塊鏈，代碼如下：

<?php

include("block.php");

class Blockchain
{
public $blocks = ;
}

區塊鏈對象內部使用了一個數組來保存所有的區塊，現階段我們還沒有使用到資料庫來保存區塊鏈，所以現在只需要把區塊鏈保存在內存即可。

向區塊鏈添加一個新的區塊代碼如下：

<?php

class Blockchain
{
...
public function addBlock($data)
{
$prevBlock = $this->blocks[count($this->blocks)-1];
$this->blocks = new Block($prevBlock->getBlockHash, $data);
}
}


因為生成新區塊必須包含前一個區塊的Hash值，所以在添加新區塊時需要獲取區塊鏈中最後一個區塊作為新區塊的前一個區塊，然後把前一個區塊的Hash包含到新區塊的區塊頭中。

可能聰明的讀者會發現，在區塊鏈剛創建時並沒有任何區塊，那麼添加新區塊時拿哪個區塊作為前一個區塊呢？答案就是創世區塊。創世區塊不用包含前一個區塊的Hash值，而且隨著區塊鏈的創建被創建，代碼如下：

<?php

class Blockchain
{
...
public function __construct
{
$this->blocks = new Block("", "Genesis Block");
}
}


創世區塊並不需要包含前一個區塊的Hash值，所以在創建創世區塊時把前一個區塊的Hash值設置為空。

OK！我們的簡易區塊鏈已經完成了，現在來測試一下我們的代碼吧：

<?php

foreach ($bc->blocks as $block) {
printf("PrevHash: %s
", $block->prevHash);
printf("Hash: %s
", $block->hash);
printf("Data: %s
", $block->data);
printf("
");
}


我們來運行一下測試代碼，運行結果如下：

很好，結果符合我們的預期。

總結

本文只是實現了一個最簡易的區塊鏈，離完整的區塊鏈還有非常遠的距離。在我們現在的實現中存在很多不足，如：添加一個區塊的成本很低，沒有實現分散式，不能保存到本地磁碟（重啟機器數據就會丟失）等，接下來的教程將會不斷完善這些問題。

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