Day 1. 账户与交易

qikh · qikh · commit 6e272294d9ea · 2017-02-04T14:20:09.000+08:00
diff --git a/.gitignore b/.gitignore
@@ -10,3 +10,9 @@
 
 # virtual machine crash logs, see http://www.java.com/en/download/help/error_hotspot.xml
 hs_err_pid*
+
+# idea project files
+.idea
+
+# build files
+build
diff --git a/build.gradle b/build.gradle
@@ -0,0 +1,35 @@
+buildscript {
+    ext.kotlin_version = '1.0.6'
+
+    repositories {
+        mavenCentral()
+    }
+
+    dependencies {
+        classpath "org.jetbrains.kotlin:kotlin-gradle-plugin:$kotlin_version"
+    }
+
+}
+
+apply plugin: "kotlin"
+apply plugin: "application"
+
+mainClassName = 'demo.HelloWorldKt'
+
+defaultTasks 'run'
+
+repositories {
+    mavenCentral()
+}
+
+dependencies {
+    compile "org.jetbrains.kotlin:kotlin-stdlib:$kotlin_version"
+    compile "org.jetbrains.kotlin:kotlin-reflect:$kotlin_version"
+    compile 'joda-time:joda-time:2.9.7'
+    compile 'com.madgag.spongycastle:core:1.54.0.0'
+    compile 'com.madgag.spongycastle:prov:1.54.0.0'
+    testCompile 'junit:junit:4.12'
+    testCompile "org.jetbrains.kotlin:kotlin-test:$kotlin_version"
+    testCompile "org.jetbrains.kotlin:kotlin-test-junit:$kotlin_version"
+}
+
diff --git a/src/main/kotlin/mbc/core/Account.kt b/src/main/kotlin/mbc/core/Account.kt
@@ -0,0 +1,18 @@
+package mbc.core
+
+import mbc.util.CryptoUtil
+import java.security.PublicKey
+
+/**
+ * 区块链账户类：记录账户地址(address)和余额(balance)信息。
+ * 区块链账户由一个公私钥对唯一标识，构造Account对象需要公钥。
+ * 账户地址(address)可以由公钥运算推导，比特币和以太坊均采用了类似机制。
+ * 账户余额(balance)通常会保存在文件或数据库内。
+ */
+data class Account(val publicKey: PublicKey) {
+  val address: String
+    get() = CryptoUtil.generateAddress(publicKey)
+
+  val balance: Long
+    get() = AccountState.getAccountBalance(address)
+}
diff --git a/src/main/kotlin/mbc/core/AccountState.kt b/src/main/kotlin/mbc/core/AccountState.kt
@@ -0,0 +1,28 @@
+package mbc.core
+
+import java.util.*
+
+/**
+ * 账户状态管理。
+ */
+object AccountState {
+  /**
+   * 账户余额存储，为了演示方便使用HashMap。
+   */
+  val accountBalances: HashMap<String, Long> = HashMap()
+
+  /**
+   * 根据账户地址(address)读取账户余额(balance)。
+   */
+  fun  getAccountBalance(address: String): Long {
+    return accountBalances.getOrDefault(address, 0)
+  }
+
+  /**
+   * 根据账户地址(address)更新账户余额(balance)。
+   */
+  fun  setAccountBalance(address: String, amount: Long): Long? {
+    return accountBalances.put(address, amount)
+  }
+
+}
diff --git a/src/main/kotlin/mbc/core/Transaction.kt b/src/main/kotlin/mbc/core/Transaction.kt
@@ -0,0 +1,10 @@
+package mbc.core
+
+import org.joda.time.DateTime
+
+/**
+ * 交易记录类：记录了发送方(sender)向接受方(receiver)的转账记录，包括金额(amount)和时间戳(time)。
+ * 为简化模型，没有加入费用(fee)。
+ */
+data class Transaction(val senderAddress: String, val receiverAddress: String, val amount: Long,
+                       val time: DateTime)
diff --git a/src/main/kotlin/mbc/core/TransactionExecutor.kt b/src/main/kotlin/mbc/core/TransactionExecutor.kt
@@ -0,0 +1,25 @@
+package mbc.core
+
+/**
+ * 交易处理并更新账户状态。
+ */
+object TransactionExecutor {
+
+  /**
+   * 增加账户余额(balance)，如果amount为负数则余额减少。
+   */
+  fun addAmount(address: String, amount: Long) {
+    val newBalance = AccountState.getAccountBalance(address) + amount
+    AccountState.setAccountBalance(address, newBalance)
+  }
+
+  /**
+   * 根据交易记录更新区块链的状态(state)，发送方的余额会减少，接收方的余额会增加。
+   * 区块链的状态更新应该是原子操作，持久层是数据库可以使用事务功能。
+   */
+  fun applyTrx(trx: Transaction) {
+    addAmount(trx.senderAddress, -trx.amount)
+    addAmount(trx.receiverAddress, +trx.amount)
+  }
+
+}
diff --git a/src/main/kotlin/mbc/util/CryptoUtil.kt b/src/main/kotlin/mbc/util/CryptoUtil.kt
@@ -0,0 +1,43 @@
+package mbc.util
+
+import org.spongycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider
+import org.spongycastle.util.encoders.Hex
+import java.security.*
+import java.security.Security.insertProviderAt
+import java.security.spec.ECGenParameterSpec
+
+/**
+ * 密码学工具类。
+ */
+class CryptoUtil {
+
+  companion object {
+    init {
+      insertProviderAt(BouncyCastleProvider(), 1)
+    }
+
+    /**
+     * 根据公钥(public key)推算出账户地址，使用以太坊的算法，先KECCAK-256计算哈希值(32位)，取后20位作为账户地址。
+     * 比特币地址算法：http://www.infoq.com/cn/articles/bitcoin-and-block-chain-part03
+     * 以太坊地址算法：http://ethereum.stackexchange.com/questions/3542/how-are-ethereum-addresses-generated
+     */
+    fun generateAddress(publicKey: PublicKey): String {
+      val digest = MessageDigest.getInstance("KECCAK-256", "SC")
+      digest.update(publicKey.encoded)
+      val hash = digest.digest()
+
+      return Hex.toHexString(hash.drop(12).toByteArray())
+    }
+
+    /**
+     * 生成公私钥对，使用以太坊的ECDSA算法(secp256k1)。
+     */
+    fun generateKeyPair(): KeyPair? {
+      val gen = KeyPairGenerator.getInstance("EC", "SC")
+      gen.initialize(ECGenParameterSpec("secp256k1"), SecureRandom())
+      val keyPair = gen.generateKeyPair()
+      return keyPair
+    }
+  }
+
+}
diff --git a/src/test/kotlin/mbc/core/BlockChainTest.kt b/src/test/kotlin/mbc/core/BlockChainTest.kt
@@ -0,0 +1,48 @@
+package mbc.core
+
+import mbc.core.TransactionExecutor.addAmount
+import mbc.core.TransactionExecutor.applyTrx
+import mbc.util.CryptoUtil.Companion.generateKeyPair
+import org.joda.time.DateTime
+import org.junit.Test
+
+class BlockChainTest {
+
+  /**
+   * 验证账户地址长度为40(20个byte)。
+   */
+  @Test fun validateAddress() {
+    val keyPair = generateKeyPair() ?: return
+
+    val account = Account(keyPair.public)
+    assert(account.address.length == 40)
+  }
+
+  /**
+   * 验证交易完成后账户余额(balance)是否正确。
+   */
+  @Test fun applyTransaction() {
+    // 初始化Alice账户
+    val kp1 = generateKeyPair() ?: return
+    val alice = Account(kp1.public)
+
+    // 初始化Bob账户
+    val kp2 = generateKeyPair() ?: return
+    val bob = Account(kp2.public)
+
+    // 初始金额为200
+    addAmount(alice.address, 200)
+    addAmount(bob.address, 200)
+
+    // Alice向Bob转账100
+    val trx = Transaction(alice.address, bob.address, 100, DateTime())
+
+    // 根据交易记录更新区块链状态
+    applyTrx(trx)
+
+    // 查询余额是否正确
+    assert(alice.balance == 100L)
+    assert(bob.balance == 300L)
+  }
+
+}
