使用Go構建區塊鏈 第1部分：基本原型

銀河1號發表於2019-01-21
Go區塊鏈原型

Introduction

區塊鏈是21世紀最具革命性的技術之一，至今仍在發展，很多潛力尚未完全實現。從本質上講，區塊鏈只是一個分散式資料庫。但是它的獨特之處在於它不是私人資料庫，而是公共資料庫，也就是說，使用它的每個人都有完整或部分資料副本。只有在資料庫的其他管理員同意的情況下才能新增新記錄。此外，正是由於區塊鏈才使加密貨幣和智慧合約成為可能。

在本系列文章中，我們將構建一個基於簡單區塊鏈實現的簡化加密貨幣。

Block

讓我們從“區塊鏈”的“區塊”部分開始。在區塊鏈中，區塊是用來儲存有價值資訊的。實際上，交易資訊是所有加密貨幣的價值所在。除此之外，區塊包含一些技術資訊，如版本，當前時間戳和前一個塊的雜湊值。在本文中，我們不打算實現像比特幣規範中描述的那種區塊，而是將使用它的簡化版本，它只包含重要資訊。這是它的樣子：

type Block struct {
	Timestamp     int64
	Data          []byte
	PrevBlockHash []byte
	Hash          []byte
}
複製程式碼

Timestamp欄位是當前時間戳（建立區塊時），Data欄位是區塊中包含的實際有價值的資訊，PrevBlockHash欄位儲存前一個區塊的雜湊值，Hash欄位是當前區塊的雜湊值。在比特幣規範中Timestamp, PrevBlockHash, 和 Hash是塊頭，它形成一個單獨的資料結構，Data是另一個資料結構。我們為了簡單起見將它們混合在了一起。

那麼我們如何計算雜湊？雜湊計算方法是區塊鏈的一個非常重要的特徵，正是這個特徵使區塊鏈變得安全。問題在於計算雜湊是一個計算上很困難的操作，即使在快速計算機上也需要一些時間（這就是人們購買功能強大的GPU來挖掘比特幣的原因）。這是一種有意的架構設計，這使得新增新的區塊變得困難，從而防止它們在新增後進行修改。我們將在以後的文章中討論並實現這種機制。

目前，我們僅取了 Block 結構的部分欄位（Timestamp, Data 和 PrevBlockHash），並將它們相互拼接起來，然後在拼接後的結果上計算一個 SHA-256，然後就得到了雜湊.

在 SetHash 方法中完成這些操作：

func (b *Block) SetHash() {
	timestamp := []byte(strconv.FormatInt(b.Timestamp, 10))
	headers := bytes.Join([][]byte{b.PrevBlockHash, b.Data, timestamp}, []byte{})
	hash := sha256.Sum256(headers)

	b.Hash = hash[:]
}
複製程式碼

接下來，遵循Golang約定，我們將實現一個簡化建立區塊的函式：

func NewBlock(data string, prevBlockHash []byte) *Block {
	block := &Block{time.Now().Unix(), []byte(data), prevBlockHash, []byte{}}
	block.SetHash()
	return block
}
複製程式碼

這就是區塊！

Blockchain

現在讓我們實現一個區塊鏈。從本質上講，區塊鏈只是一個具有特定結構的資料庫：它是一個有序的反向連結列表。這意味著區塊以插入順序儲存，並且每個區塊都連結到前一個區塊。這種結構允許快速獲取鏈中的最新區塊並通過其雜湊（有效地）獲得區塊。

在 Golang 中，可以通過一個 array 和 map 來實現這個結構：array 儲存有序的雜湊（Golang 中 array 是有序的），map 儲存 hash -> block 對(Golang 中, map 是無序的)。 但是在基本的原型階段，我們只用到了 array，因為現在還不需要通過雜湊來獲取區塊。

type Blockchain struct {
	blocks []*Block
}
複製程式碼

這是我們的第一個區塊鏈！我從沒想過會這麼容易?

現在讓我們可以新增塊：

func (bc *Blockchain) AddBlock(data string) {
	prevBlock := bc.blocks[len(bc.blocks)-1]
	newBlock := NewBlock(data, prevBlock.Hash)
	bc.blocks = append(bc.blocks, newBlock)
}
複製程式碼

結束！不過，就這樣就完成了嗎？

要新增新的區塊，我們需要一個現有的區塊，但是我們的區塊鏈中沒有區塊！因此，在任何區塊鏈中，必須至少有一個區塊，這個區塊，也就是鏈中的第一個區塊，通常叫做創世區塊（genesis block）. 讓我們實現一個方法來建立創世區塊：

func NewGenesisBlock() *Block {
	return NewBlock("Genesis Block", []byte{})
}
複製程式碼

現在，我們可以實現一個函式來建立有創世區塊的區塊鏈：

func NewBlockchain() *Blockchain {
	return &Blockchain{[]*Block{NewGenesisBlock()}}
}
複製程式碼

讓我們檢查下區塊鏈是否正常工作：

func main() {
	bc := NewBlockchain()

	bc.AddBlock("Send 1 BTC to Ivan")
	bc.AddBlock("Send 2 more BTC to Ivan")

	for _, block := range bc.blocks {
		fmt.Printf("Prev. hash: %x\n", block.PrevBlockHash)
		fmt.Printf("Data: %s\n", block.Data)
		fmt.Printf("Hash: %x\n", block.Hash)
		fmt.Println()
	}
}
複製程式碼

Output:

Prev. hash:
Data: Genesis Block
Hash: aff955a50dc6cd2abfe81b8849eab15f99ed1dc333d38487024223b5fe0f1168

Prev. hash: aff955a50dc6cd2abfe81b8849eab15f99ed1dc333d38487024223b5fe0f1168
Data: Send 1 BTC to Ivan
Hash: d75ce22a840abb9b4e8fc3b60767c4ba3f46a0432d3ea15b71aef9fde6a314e1

Prev. hash: d75ce22a840abb9b4e8fc3b60767c4ba3f46a0432d3ea15b71aef9fde6a314e1
Data: Send 2 more BTC to Ivan
Hash: 561237522bb7fcfbccbc6fe0e98bbbde7427ffe01c6fb223f7562288ca2295d1
複製程式碼

Conclusion

我們構建了一個非常簡單的區塊鏈原型：它只是一個區塊陣列，每個區塊都與前一個區塊連線。實際的區塊鏈顯然複雜得多。在我們的區塊鏈中新增新區塊很容易而且很快，但在實際區塊鏈中新增新區塊需要一些工作：在獲得新增區塊的許可權之前必須執行一些繁重的計算（這種機制稱為工作量證明）。此外，區塊鏈是一個沒有單一決策者的分散式資料庫。因此，必須由網路的其他參與者確認和批准新的區塊（該機制稱為共識）。我們的區塊鏈中還沒有交易！

在以後的文章中，我們將介紹這些功能。

英文原文：jeiwan.cc/posts/build…


更多文章歡迎訪問 http://www.apexyun.com/

聯絡郵箱：public@space-explore.com

(未經同意，請勿轉載)


相關文章