JavaScript開發區塊鏈只需200行程式碼

hahajin發表於2018-05-14
JavaScript區塊鏈行程

JavaScript開發一個簡單的區塊鏈只需200行程式碼。通過JavaScript的開發實現過程，你將理解區塊鏈是什麼：區塊鏈就是一個分散式資料庫，儲存結構是一個不斷增長的連結串列，連結串列中包含著許多有序的記錄。

然而，在通常情況下，當我們談到區塊鏈的時候也會談起使用區塊鏈來解決的問題，這兩者很容易混淆。

像流行的比特幣和以太坊這樣基於區塊鏈的專案就是這樣。“區塊鏈”這個術語通常和像交易、智慧合約、加密貨幣這樣的概念緊緊聯絡在一起。

這就令理解區塊鏈變得不必要得複雜起來，特別是當你想理解原始碼的時候。下面我將通過 200 行 JS 實現的超級簡單的區塊鏈來幫助大家理解它，我給這段程式碼起名為 NaiveChain。你可以在Github 檢視更多的技術細節。

區塊鏈塊結構

第一個邏輯步驟是決定塊結構。為了保證事情儘可能的簡單，我們只選擇最必要的部分：index（下標）、timestamp（時間戳）、data（資料）、hash（雜湊值）和 previous hash（前置雜湊值）。

區塊鏈

這個塊中必須能找到前一個塊的雜湊值，以此來保證整條鏈的完整性，JavaScript程式碼如下：

class Block {
    constructor(index, previousHash, timestamp, data, hash) {
        this.index = index;
        this.previousHash = previousHash.toString();
        this.timestamp = timestamp;
        this.data = data;
        this.hash = hash.toString();
    }
}
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區塊鏈塊雜湊

為了儲存完整的資料，必須雜湊區塊。SHA-256會對塊的內容進行加密，記錄這個值應該和“挖礦”毫無關係，因為這裡不需要解決工作量證明的問題。JavaScript程式碼如下：

var calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {
    return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();
};
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區塊鏈塊的生成

要生成一個塊，必須知道前一個塊的雜湊值，然後創造其餘所需的內容（= index, hash, data and timestamp）。

塊的data部分是由終端使用者所提供的。JavaScript程式碼如下：

var generateNextBlock = (blockData) => {
    var previousBlock = getLatestBlock();
    var nextIndex = previousBlock.index + 1;
    var nextTimestamp = new Date().getTime() / 1000;
    var nextHash = calculateHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData);
    return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData, nextHash);
};
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區塊鏈塊的儲存

記憶體中的Javascript陣列被用於儲存區塊鏈。區塊鏈的第一個塊通常被稱為“起源塊”，是硬編碼的。JavaScript程式碼如下：

var getGenesisBlock = () => {
    return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");
};
 
var blockchain = [getGenesisBlock()];
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確認塊的完整性

在任何時候都必須能確認一個區塊或者一整條鏈的區塊是否完整。在我們從其他節點接收到新的區塊，並需要決定接受或拒絕它們時，這一點尤為重要。JavaScript程式碼如下：

var isValidNewBlock = (newBlock, previousBlock) => {
    if (previousBlock.index + 1 !== newBlock.index) {
        console.log('invalid index');
        return false;
    } else if (previousBlock.hash !== newBlock.previousHash) {
        console.log('invalid previoushash');
        return false;
    } else if (calculateHashForBlock(newBlock) !== newBlock.hash) {
        console.log('invalid hash: ' + calculateHashForBlock(newBlock) + ' ' + newBlock.hash);
        return false;
    }
    return true;
};
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選擇最長的區塊鏈

任何時候在鏈中都應該只有一組明確的塊。萬一衝突了（例如：兩個結點都生成了72號塊時），會選擇有最大數目的塊的鏈。JavaScript程式碼如下：

區塊鏈

var replaceChain = (newBlocks) => {
    if (isValidChain(newBlocks) && newBlocks.length > blockchain.length) {
        console.log('Received blockchain is valid. Replacing current blockchain with received blockchain');
        blockchain = newBlocks;
        broadcast(responseLatestMsg());
    } else {
        console.log('Received blockchain invalid');
    }
};
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與其他結點的通訊

結點的本質是和其他結點共享和同步區塊鏈，下面的規則能保證網路同步。

  • 當一個結點生成一個新塊時，它會在網路上散佈這個塊。
  • 當一個節點連線新peer時，它會查詢最新的block。
  • 當一個結點遇到一個塊，其index大於當前所有塊的index時，它會新增這個塊到它當前的鏈中， 或者到整個區塊鏈中查詢這個塊。

區塊鏈

我沒有采用自動發現peer的工具。peers的位置（URL）必須是手動新增的。

節點控制

在某種程度上使用者必須能夠控制節點。這一點通過搭建一個HTTP伺服器可以實現。JavaScript程式碼如下：

var initHttpServer = () => {
    var app = express();
    app.use(bodyParser.json());

    app.get('/blocks', (req, res) => res.send(JSON.stringify(blockchain)));
    app.post('/mineBlock', (req, res) => {
        var newBlock = generateNextBlock(req.body.data);
        addBlock(newBlock);
        broadcast(responseLatestMsg());
        console.log('block added: ' + JSON.stringify(newBlock));
        res.send();
    });
    app.get('/peers', (req, res) => {
        res.send(sockets.map(s => s._socket.remoteAddress + ':' + s._socket.remotePort));
    });
    app.post('/addPeer', (req, res) => {
        connectToPeers([req.body.peer]);
        res.send();
    });
    app.listen(http_port, () => console.log('Listening http on port: ' + http_port));
};
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使用者可以用下面的方法和節點互動：

  • 列出所有的塊
  • 用使用者提供的內容建立一個新的塊
  • 列出或者新增peers

下面這個Curl的例子就是最直接的控制節點的方法：

#get all blocks from the node
curl http://localhost:3001/blocks
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系統架構

需要指出的是，節點實際上展現了兩個web伺服器：一個（HTTP伺服器）是讓使用者控制節點，另一個（Websocket HTTP伺服器）。

JavaScript開發區塊鏈只需200行程式碼

總結

創造 NaiveChain 的目的是為了示範和學習，因為它並沒有“挖礦”演算法（PoS或PoW），不能被用於公用網路，但是它實現了區塊鏈運作的基本特性。

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