想要理解區塊鏈如何工作最好的方式就是製作一個啦。
Learn Blockchains by Building One 加密貨幣與區塊鏈（三）：什麼是信任
Keywords
ruby, blockchain, consensus
A
作為一個匪菜大軍中的一員，不瞭解區塊鏈是不能稱為一個合格的匪菜的。空氣幣的火熱，讓更多的匪菜充滿了渴望，似乎我們也需要了解一些在這個背後的基礎。瞭解這個其實並不是很簡單，因為更多的匪菜喜歡看到的是綠色的漲幅，而不是背後的技術，你可以在得（不）道上面找到很多奇怪的Talk，但是你的確得不到。
我喜歡邊做邊學，看完下面的例子，我相信你能成為一顆不一樣的匪菜。
B
區塊鏈（Blockchain），顧名思義就是由塊組成的鏈，每一個塊就是一些資料，然後通過一種手法把這個塊連線起來，就是用一個雜湊函式 H，把block B[i]的雜湊值 H(B[i]) 包含在下一個 block B[i+1] 裡。H 具有單向性，也就是知道 B 就很容易算出 H(B)，但是反過來如果只知道 H(B) 的值很難構造出一個滿足條件的 B。當然啦，這個其實就是一個連結串列，POC。這樣做的結果就意味著如果其中任何一塊被修改了。而因為 H(B0) 是 B1 的一部分，所以導致 H(B1) 也要跟著變。如果有人要修改記錄在這個鏈上的資料，就需要修改後面所有的塊。這個就叫做Merkle List。如果你用過Gayhub，那麼你應該也知道，Git儲存的方式就是基於Merkle List。
C
在你開始之前，我和你們說這篇教程使用的是Ruby語言寫的。這裡用了一些很簡單的庫來幫助我們可以做一個簡單的Web Application，cuba, faraday。這裡就不多做解釋了。
STEP 1
在開始前，你可以在這裡看到原始碼傳送門
我們在這裡建立一個Blockchain的Blueprint
class Blockchain
end
複製程式碼Emmmm, that was a joke.
class Blockchain
class << self
def hash blk
end
end
def initialize
end
def new_block
end
def new_transacction
end
def last_block
end
end
複製程式碼我們的Blockchain是用來對鏈初始化，然後新增一些常用的操作的，new_block, new_transaction, hash等。
那麼一個Block應該是什麼樣子的呢？
block = {
'index': 1,
'timestamp': 1506057125,
'transactions': [
{
'sender': "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00",
'recipient': "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f",
'amount': 5,
}
],
'proof': 324984774000,
'previous_hash': "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"
}
複製程式碼接下來我們需要建立新的塊了，在我們的Blockchain初始化的時候，我們需要給他一個創世塊，一個沒有祖先的塊，同時我們也需要給創世塊增加一個 proof ，這是挖礦的結果，我稍後再說啦。
我們現在需要了解什麼是 PoW （Proof of Work），顧名思義就是新的區塊是如何產生或者如何被挖出來的，它存在的目的就是發現能夠解決一個問題的數字，這個數字需要具備兩個屬性，難找和易驗證。
我們舉一個簡單的例子
from hashlib import sha256
x = 5
y = 0 # We don't know what y should be yet...
while sha256(f'{x*y}'.encode()).hexdigest()[-1] != "0":
y += 1
print(f'The solution is y = {y}')
複製程式碼那麼結果就是21，在比特幣中，PoW的演算法叫做Hashcash，和上面的例子是差不多的，礦工們算出結果之後是會被獎賞的，礦工會在一個交易中收到一個幣。
PoW演算法是很簡單的，那麼我們現在的題目就是：
找到一個數字p，使得hash(pp')的結果包含是由4個0開頭的。這裡p代表之前的proof，p'是新的proof
...
def PoW(last_proof)
# proof of work algorithm (PoW)
proof = 0
while valid_proof?(last_proof, proof) == false
proof += 1
end
proof
end
...
private
def valid_proof?(last_proof, proof)
Digest::SHA256.hexdigest("#{last_proof}#{proof}")[0..3] == "0000"
end
複製程式碼如果你需要修改演算法的難度，那麼你只需要修改以0開頭的個數就可以了。
STEP 2
我們這裡用 cuba 做一個很小的 web 服務，它主要包含了三個功能
- POST /transactions/new 生成一筆新的交易
- GET /mine 告訴伺服器產生一個新的塊
- GET /chain 把當前鏈返回
node_identifier = SecureRandom.hex(20)
blockchain = Blockchain.new
Cuba.define do
on get do
on 'mine' do
last_block = blockchain.last_block
last_proof = last_block[:proof]
proof = blockchain.PoW(last_proof)
blockchain.new_transaction("0", node_identifier.to_s, 1)
previous_hash = Blockchain.hash(last_block)
blk = blockchain.new_block(proof, previous_hash)
data = {
message: 'new block forged',
index: blk[:index],
transactions: blk[:transactions],
proof: blk[:proof],
previous_hash: blk[:previous_hash]
}
as_json {{ data: data }}
end
on 'chain' do
as_json do
{
data: {
chain: blockchain.chain,
length: blockchain.chain.count
}
}
end
end
end
on post do
on 'transactions/new' do
on param('sender'), param('recipient'), param('amount') do |sender, recipient, amount|
index = blockchain.new_transaction(sender,recipient, amount.to_f)
as_json {{ data: "transaction will be added to block #{index}"}}
end
on true do
as_json 400 do
{ error: 'missing params'}
end
end
end
end
end
複製程式碼接下來就可以跑一跑我們的簡單的伺服器啦
thin start -p 3000
複製程式碼你可以使用 Postman 或者 curl 來呼叫我們的服務。
STEP 3
共識，這個很重要，在分散式系統中，你需要保證資料的一致性，所以你需要知道我們需要通過一種什麼樣的演算法來保證我們始終指向一條鏈。
- POST /nodes/register 我們把當前網路的節點都存到一個地方
- GET /nodes/resolve 這個地方用來解決衝突
def valid_chain?(chain)
last_block = chain[0]
current_index = 1
while current_index < chain.size
block = chain[current_index]
puts "count 1"
# Check that the hash of the block is correct
if block[:previous_hash] != Blockchain.hash(last_block)
return false
end
# Check that the Proof of Work is correct
if !valid_proof?(last_block[:proof], block[:proof])
return false
end
last_block = block
current_index += 1
end
return true
end
def resolve_conflicts
new_chain = nil
# Only looking for chains longer than this one
max_length = @chain.count
aval = @nodes.delete @current_node
aval.each do |node|
conn = Faraday.new(url: "http://#{node}/chain")
res = conn.get do |conn_get|
conn_get.options.open_timeout = 15
conn_get.options.timeout = 15
end
if res.status == 200
content = JSON.parse(res.body, symbolize_names: true)
length = content[:data][:length]
chain = content[:data][:chain]
ap "node #{node} len #{length > max_length} valid_chain #{valid_chain?(chain)}"
if length > max_length && valid_chain?(chain)
max_length = length
new_chain = chain
end
end
end
if new_chain
puts "found new chain here"
@chain = new_chain
return true
end
return false
end
# in server.rb
on 'nodes/resolve' do
blockchain.current_node = "#{env["SERVER_NAME"]}:#{env["SERVER_PORT"]}"
resolved = blockchain.resolve_conflicts
if resolved
data = {
message: "our chain was replaced",
new_chain: blockchain.chain
}
else
data = {
message: "our chain was authorized",
new_chain: blockchain.chain
}
end
as_json {{ data: data }}
end
複製程式碼valid_chain? 用來判斷這個鏈是否正確的，可以看到 resolve_conflicts 裡面主要用到的判斷就是鏈長和是否是一條合格的鏈，如果更長並且合法，那麼當前的鏈就替換為該鏈。不過這裡值得注意的是，你需要把nodes中的自己的節點移除掉，這樣其實是可以提高速度，並可以解決一個問題，單執行緒的機器中，你不能call自己。（會有一個OpenTimeOUt的錯誤，總是這裡你把自己本身的節點去掉就可以了。）
到這裡，你就可以用另一臺機器或者使用不同的埠來模擬多個節點，我這邊 Rakefile 裡面預設是通過單機不同埠來模擬多個節點。
完整的程式碼請參考傳送門
你可以開始和小夥伴們玩耍這個蠢蠢的鏈了
希望這個東西能夠給你一些啟發。
當然啦，最後送上一句話。
如果你認為技術能解決安全問題，那麼你既不懂安全也不懂技術。 :)
有很多關於區塊鏈的文章都說「區塊鏈解決的核心問題是信任問題」，但是我沒有看到有人回答了關鍵的問題：到底什麼是信任？什麼是所謂「信任問題」，它存不存在？什麼算是「解決了信任問題」？事實上如果在 Google 上搜一下這句話，會找到大量的複製貼上和人云亦云。Brice Schneier 書裡那句話改一改也是適用的，如果有人認為技術能解決信任問題，那麼他恐怕既不懂信任也不懂技術。