JavaScript区块链挖矿算法与性能分析

var difficulty = 4;        // 定义挖矿难度：哈希值开头需要的'0'的数量
var maximumNonce = 50000000; // 限制nonce的最大值，防止挖矿时间过长

// 注意：由于十六进制值有16个可能的字符，因此每次增加
// 难度增加1，谜题的难度就会增加16倍。在我的测试中，难度
// 为6时，maximumNonce需要远大于500,000,000。

/////////////////////////
// 全局变量设置
/////////////////////////
var pattern = '';
for (var x = 0; x < difficulty; x++) {
  pattern += '0';
}

/////////////////////////
// 函数定义
/////////////////////////
function sha256(block, chain) {
  // 计算区块内容的SHA256哈希值
  return CryptoJS.SHA256(getText(block, chain));
}

function updateState(block, chain) {
  // 根据区块哈希值设置背景颜色
  if ($('#block' + block + 'chain' + chain + 'hash').val().substr(0, difficulty) === pattern) {
    $('#block' + block + 'chain' + chain + 'well').removeClass('well-error').addClass('well-success');
  }
  else {
    $('#block' + block + 'chain' + chain + 'well').removeClass('well-success').addClass('well-error');
  }
}

function updateHash(block, chain) {
  // 更新此区块的SHA256哈希值
  $('#block' + block + 'chain' + chain + 'hash').val(sha256(block, chain));
  updateState(block, chain);
}

function updateChain(block, chain) {
  // 从此区块开始更新所有区块，直到链的末尾
  for (var x = block; x <= 5; x++) {
    if (x > 1) {
      $('#block' + x + 'chain' + chain + 'previous').val($('#block' + (x - 1).toString() + 'chain' + chain + 'hash').val());
    }
    updateHash(x, chain);
  }
}

function mine(block, chain, isChain) {
  // 挖矿函数，寻找满足难度目标的nonce
  for (var x = 0; x <= maximumNonce; x++) {
    $('#block' + block + 'chain' + chain + 'nonce').val(x);
    $('#block' + block + 'chain' + chain + 'hash').val(sha256(block, chain));
    if ($('#block' + block + 'chain' + chain + 'hash').val().substr(0, difficulty) === pattern) {
      if (isChain) {
        updateChain(block, chain);
      }
      else {
        updateState(block, chain);
      }
      break;
    }
  }
}

// 运行16次挖矿，并记录每次挖矿所消耗的时间
var times = [];
for (let i = 0; i < 16; i++) {
  const startTime = performance.now();
  mine(1, i, true);
  const finishTime = performance.now();
  times.push(finishTime - startTime);
}

// 计算平均挖矿时间
const averageTime = times.reduce((a, b) => a + b, 0) / times.length;
console.log('难度为 ' + difficulty + ' 的情况下，16次挖矿的平均时间：' + averageTime + ' 毫秒');