🔔 간단한 블록체인 만들기.

• 블록 클래스
  • 해시
  • 이전 블록의 해시
  • 담긴 데이터
  • 타임스탬프
  • 논스
• 블록 해시 생성
• 블록체인 생성
• 블록체인 유효성 검사
• 채굴 (PoW)
  
  
• 테스트 / 블록체인 유효성 검사
• 테스트 / 채굴 (PoW)

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위 내용들을 Java로 블록체인을 간단하게 생성해볼 것이다.

🧱 블록 클래스 생성

Block.java

public class Block {
    public String hash;
    public String previousHash;
    private String data;
    private long timeStamp;
    private int nonce;

    public Block(String data, String previousHash) {
        this.data = data;
        this.previousHash = previousHash;
        this.timeStamp = new Date().getTime();
    }
}

우선, 블록체인을 구성할 블록 클래스를 생성해줍니다.

블록은 블록체인 내에서

• 해시값
• 이전 블록의 해시값 (제네시스 블록의 경우는 X)
• 데이터
• 타임스탬프
• 난스

이외의 것들은 제외하고 5개로 구성된 블록 클래스를 생성해주었습니다.

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블록 해시 생성

Block.java

public Block(String data, String previousHash) {
        this.data = data;
        this.previousHash = previousHash;
        this.timeStamp = new Date().getTime();
        this.hash = calculateHash();
    }
    
public String calculateHash() {
        return BlockChainUtils.generateHash(
                previousHash,
                Long.toString(timeStamp),
                data
        );
    }

BlockChainUtils.java

public static String generateHash (String ... inputValues) {
        try {
            StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();

            for (String inputValue : inputValues) {
                stringBuffer.append(inputValue);
            }

            String input = stringBuffer.toString();

            MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
            byte[] hash = digest.digest(input.getBytes("UTF-8"));
            StringBuffer hexString = new StringBuffer();

            for (int i = 0; i < hash.length; i++) {
                String hex = Integer.toHexString(0xff & hash[i]);

                if (hex.length() == 1) hexString.append('0');
                hexString.append(hex);
            }

            return hexString.toString();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

이전 블록의 해시값, 데이터, 타임스탬프를 기반으로 SHA-256 해시 알고리즘을 사용하여 해시값을 생성합니다.

이 해시 값은 현재 블록의 고유 식별자 역할을 하며 각 블록을 이전 블록과 연결하여 블록체인의 무결성과 보안을 보장합니다.

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블록체인 생성

BlockChain.java

public class BlockChain {
    public ArrayList<Block> blockChain;

    public BlockChain() {
        blockChain = new ArrayList<>();
        addBlock("Genesis Block", "0");
    }

    public void addBlock(String data, String previousHash) {
        Block block = new Block(data, previousHash);
        blockChain.add(block);
    }

    public Block getLatestBlock() {
        return blockChain.get(blockChain.size() - 1);
    }
}

• 제네시스 블록의 경우, 가장 첫번째 생성된 블럭이므로 이전 블록의 해시값은 0으로 설정하였습니다.

이렇게해서 간단하게 블록체인이 생성됩니다.

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🤔 블록체인 유효성 검사

BlockChain.java

public boolean isChainValid() {
        for (int i = 1; i < blockChain.size(); i++) {
            Block currentBlock = blockChain.get(i);
            Block previousBlock = blockChain.get(i - 1);

            if (!currentBlock.getHash().equals(currentBlock.calculateHash())) {
                return false;
            }

            if (!currentBlock.getPreviousHash().equals(previousBlock.getHash())) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

현재 블록 내 previousHash와 이전 블록의 hash값이 일치 여부로 블록체인 유효성 검사를 진행하였습니다.

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⛏️ 채굴 (Proof of Work / 작업 증명 시스템)

• Proof of Work : Difficulty에 따라 결정된 특정 기준(해시값이 만족해야 하는 조건)을 충족하는 새 블록의 해시 값을 찾는 것.

Block.java

public void mineBlock(int difficulty) {
        String target = new String(new char[difficulty]).replace('\0', '0');
        while (!hash.substring(0, difficulty).equals(target)) {
            nonce++;
            hash = calculateHash();
        }
        System.out.println("Mined ! : " + hash);
    }

BlockChain.java

public void addBlock(String data, String previousHash) {
        Block block;
        if (blockChain.isEmpty()) {
            block = new Block(data, previousHash);
        } else {
            block = new Block(data, blockChain.get(blockChain.size() - 1).getHash());
            block.mineBlock(difficulty);
        }
        System.out.println("\n" + block.toString());
        blockChain.add(block);
    }

난이도에 충족하는 해시를 찾을 때까지 nonce 값을 증가시켜 블록의 해시를 계산하는 간단한 채굴 과정을 구현하였습니다.

위 코드로 각 블록 당 채굴 시간은 약 2초 정도 걸렸습니다.
또한, 난이도 변동에 따라 채굴 시간에 영향있다는 것도 확인하였습니다 !

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전체 코드 (깃허브)
참고 사이트