如何實現(xiàn)一個簡單的區(qū)塊鏈

這篇文章將為大家詳細講解有關(guān)如何實現(xiàn)一個簡單的區(qū)塊鏈，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)概念很簡單：一個分布式數(shù)據(jù)庫，存儲一個不斷加長的 list，list 中包含著許多有序的記錄。然而，在通常情況下，當(dāng)我們談到區(qū)塊鏈的時候也會談起使用區(qū)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于區(qū)塊鏈的項目就是這樣?！皡^(qū)塊鏈”這個術(shù)語通常和像交易、智能合約、加密貨幣這樣的概念緊緊聯(lián)系在一起。

這就令理解區(qū)塊鏈變得不必要得復(fù)雜起來，特別是當(dāng)你想理解源碼的時候。下面我將通過 200 行 JS 實現(xiàn)的超級簡單的區(qū)塊鏈來幫助大家理解它，我給這段代碼起名為 NaiveChain。

塊結(jié)構(gòu)

第一個邏輯步驟是決定塊結(jié)構(gòu)。為了保證事情盡可能的簡單，我們只選擇最必要的部分：index（下標(biāo)）、timestamp（時間戳）、data（數(shù)據(jù)）、hash（哈希值）和 previous hash（前置哈希值）。

這個塊中必須能找到前一個塊的哈希值，以此來保證整條鏈的完整性。

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();
  }
}

塊哈希

為了保存完整的數(shù)據(jù)，必須哈希區(qū)塊。SHA-256會對塊的內(nèi)容進行加密，記錄這個值應(yīng)該和“挖礦”毫無關(guān)系，因為這里不需要解決工作量證明的問題。

var calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {
  return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();
};

塊的生成

要生成一個塊，必須知道前一個塊的哈希值，然后創(chuàng)造其余所需的內(nèi)容（= index, hash, data and timestamp）。塊的data部分是由終端用戶所提供的。

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);
};

塊的存儲

內(nèi)存中的Javascript數(shù)組被用于存儲區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈的第一個塊通常被稱為“起源塊”，是硬編碼的。

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

確認塊的完整性

在任何時候都必須能確認一個區(qū)塊或者一整條鏈的區(qū)塊是否完整。在我們從其他節(jié)點接收到新的區(qū)塊，并需要決定接受或拒絕它們時，這一點尤為重要。

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;
};

選擇最長的鏈

任何時候在鏈中都應(yīng)該只有一組明確的塊。萬一沖突了（例如：兩個結(jié)點都生成了72號塊時），會選擇有最大數(shù)目的塊的鏈。

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');
  }
};

與其他結(jié)點的通信

結(jié)點的本質(zhì)是和其他結(jié)點共享和同步區(qū)塊鏈，下面的規(guī)則能保證網(wǎng)絡(luò)同步。

當(dāng)一個結(jié)點生成一個新塊時，它會在網(wǎng)絡(luò)上散布這個塊。
當(dāng)一個節(jié)點連接新peer時，它會查詢最新的block。
當(dāng)一個結(jié)點遇到一個塊，其index大于當(dāng)前所有塊的index時，它會添加這個塊到它當(dāng)前的鏈中，或者到整個區(qū)塊鏈中查詢這個塊。

如圖為當(dāng)節(jié)點遵循前文所述協(xié)議時會發(fā)生的一些典型通信場景

我沒有采用自動發(fā)現(xiàn)peer的工具。peers的位置（URL）必須是手動添加的。

結(jié)點控制

在某種程度上用戶必須能夠控制結(jié)點。這一點通過搭建一個HTTP服務(wù)器可以實現(xiàn)。

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));
};

用戶可以用下面的方法和結(jié)點互動：

• 列出所有的塊

• 用用戶提供的內(nèi)容創(chuàng)建一個新的塊

• 列出或者新增peers
  

下面這個Curl的例子就是最直接的控制結(jié)點的方法：

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

體系結(jié)構(gòu)

需要指出的是，節(jié)點實際上展現(xiàn)了兩個web服務(wù)器：一個（HTTP服務(wù)器）是讓用戶控制節(jié)點，另一個（Websocket HTTP服務(wù)器）。

NaiveChain的主要組成部分

關(guān)于“如何實現(xiàn)一個簡單的區(qū)塊鏈”這篇文章就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對大家有一定的幫助，使各位可以學(xué)到更多知識，如果覺得文章不錯，請把它分享出去讓更多的人看到。