Flutter for OpenHarmony 构建简易区块链：从交易到挖矿的完整模拟

区块链技术常被描述为“去中心化的账本”，但其核心原理——哈希链、工作量证明（PoW）、不可篡改性——对初学者而言仍显抽象。本文将通过一段完整的 Flutter 代码，带你亲手构建一个可视化、可交互的简易区块链系统。它虽不具备真实网络能力，却精准还原了比特币等公链的核心机制：创建交易、打包区块、挖矿验证、完整性校验。这不仅是一次编程实践，更是一场深入区块链底层逻辑的沉浸式学习。

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完整效果

一、整体架构：三层数据模型

整个应用围绕三个核心类展开，形成清晰的数据流：

类	职责	关键字段
Transaction	单笔交易记录	发送方、接收方、金额、时间戳
Block	区块容器	交易列表、前一区块哈希、自身哈希、随机数（nonce）
_BlockchainScreenState	链状态管理	区块链（_chain）、待处理交易池（_pendingTransactions）

💡 设计哲学：每个区块都包含指向前一个区块的哈希，形成不可逆的链式结构——这是区块链防篡改的基石。

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二、核心机制实现详解

1. 交易创建：简单而严谨

class Transaction {
  final String sender, recipient;
  final double amount;
  final String timestamp; // 使用毫秒时间戳确保唯一性

  String get data => '$sender$recipient$amount$timestamp'; // 用于哈希计算
}

• 时间戳唯一性：使用 millisecondsSinceEpoch 避免相同交易产生相同哈希；
• 数据序列化：data 属性将交易转为字符串，作为哈希输入。

2. 区块哈希：SHA-256 的力量

static String _calculateHash(int index, String timestamp, List<Transaction> transactions, String previousHash, int nonce) {
  final String data = '$index$timestamp${transactions.map((t) => t.data).join()}$previousHash$nonce';
  return sha256.convert(utf8.encode(data)).toString();
}

• 输入要素：区块索引、时间戳、所有交易、前一哈希、随机数；
• 加密保障：使用 crypto 包的 sha256 算法，确保微小改动导致哈希剧变。

3. 工作量证明（PoW）：挖矿的本质

factory Block.mineBlock(...) {
  int nonce = 0;
  while (!hash.startsWith('000')) { // 目标：哈希以 "000" 开头
    hash = _calculateHash(..., nonce);
    nonce++;
    
    // 安全机制：超时降级难度
    if (nonce % 100000 == 0 && elapsed.inSeconds > 5) {
      if (hash.startsWith('00')) break; // 改为 "00" 即可
    }
  }
  return Block(..., nonce: nonce, hash: hash);
}

• 难度设定：寻找以 000 开头的哈希（演示用，真实比特币需 19 个 0）；
• 防卡死设计：若 5 秒未找到，自动降低难度至 00，保证用户体验；
• Nonce 的作用：通过不断尝试随机数，使哈希满足目标条件——这就是“挖矿”的计算过程。

4. 创世区块：链的起点

final genesisBlock = Block(
  index: 0,
  previousHash: '0', // 创世区块无前驱
  hash: '816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a9218237d46b02a5584afcc18', // 预设有效哈希
  transactions: [Transaction('System', 'Miner_Alice', 50.0)], // 初始奖励
);

• 固定哈希：预设一个符合 000 开头的哈希值，避免启动时挖矿；
• 初始奖励：模拟比特币的区块奖励机制。

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三、用户交互：从交易到验证

1. 创建交易

• UI 提供三个输入框（发送方、接收方、金额）；
• 点击“添加”后，交易进入 _pendingTransactions 池；
• 注意：当前代码存在 Bug（见下文分析），但逻辑意图清晰。

2. 挖矿打包

• 点击“挖掘新区块”触发挖矿流程；
• 显示加载对话框，模拟计算耗时；
• 成功后：
  • 新区块加入 _chain；
  • 清空待处理交易；
  • 弹出 SnackBar 提示成功。

3. 区块链验证

• 点击 AppBar 的 ✅ 图标，执行 _isValidChain()；
• 双重校验：
  1. 检查 block[i].previousHash == block[i-1].hash；
  2. 重新计算每个区块哈希，与存储值比对；
• 若任一校验失败，提示“区块链数据已损坏”。

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四、UI/UX 设计亮点

1. 信息分层展示

• 控制区：交易输入 + 挖矿按钮；
• 状态栏：实时显示待处理交易数与链长度；
• 区块链浏览器：
  • 最新区块置顶（reverse: true）；
  • 创世区块高亮（灰色背景）；
  • 每个区块可展开查看内部交易详情。

2. 可视化哈希摘要

title: Text('区块 #${block.index} | 🔗 ${block.hash.substring(0, 8)}...')

• 仅显示哈希前 8 位，避免界面杂乱；
• 保留足够信息用于识别区块。

3. 难度指示

subtitle: Text('... | 难度: ${block.hash.startsWith('000') ? "000" : "低"}')

• 直观反映该区块是否满足原始难度要求。

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五、代码问题与改进建议

⚠️ 关键 Bug：交易输入失效

// 错误写法：每次创建新 TextEditingController，无法获取用户输入
onPressed: () {
  final sender = TextEditingController(text: 'User').text; // 始终是 'User'
}

修复方案：

// 在 State 中声明控制器
final _senderCtrl = TextEditingController(text: 'User');
final _recipientCtrl = TextEditingController(text: 'Bob');
final _amountCtrl = TextEditingController(text: '10');

// 在 build 中绑定
TextField(controller: _senderCtrl, ...)

// 在 onPressed 中读取
final sender = _senderCtrl.text;

其他优化方向：

1. 余额检查：防止发送方透支（需维护账户余额映射）；
2. 交易签名：加入数字签名验证发送方身份；
3. P2P 网络：多节点同步（需引入网络库）；
4. Merkle 树：高效验证交易存在性；
5. 动态难度调整：根据出块时间自动调节目标哈希前缀。

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六、教育价值：理解区块链本质

这个 Demo 虽小，却完整体现了区块链的三大特性：

特性	实现方式
去中心化	无中心服务器，所有数据本地存储
不可篡改	任一区块数据修改 → 哈希变化 → 后续所有区块失效
透明可验证	所有交易公开，任何人都可运行 _isValidChain() 验证

正如中本聪在比特币白皮书中所言：“我们需要一个基于密码学证明而非信任的电子支付系统。” 本应用正是这一思想的微型体现。

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结语：从模拟走向真实

通过这个 Flutter 应用，你不仅编写了一个有趣的工具，更亲手触摸到了区块链的“心跳”——那个不断寻找合适 nonce 的挖矿循环，那条由哈希紧密链接的不可逆链条。虽然它运行在单机之上，但其逻辑与比特币、以太坊等公链一脉相承。