200 行代码实现一个简单的区块链

发布时间:2018-04-01 17:10  浏览次数:21






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有兴趣的也可以加下哈,提供了不少区块链资料,以后有资料可以相会共享



区块链的基础概念很简单:一个分布式数据库,存储一个不断加长的 list,list
中包含着许多有序的记录。然而,在通常情况下,当我们谈到区块链的时候也会谈起使用区块链来解决的问题,这两者很容易混淆。像流行的比特币和以太坊这样基于区块链的项目就是这样。“区块链”这个术语通常和像交易、智能合约、加密货币这样的概念紧紧联系在一起。

这就令理解区块链变得不必要得复杂起来,特别是当你想理解源码的时候。下面我将通过 200 行 JS 实现的超级简单的区块链来帮助大家理解它,我给这段代码起名为
NaiveChain。

块结构


第一个逻辑步骤是决定块结构。为了保证事情尽可能的简单,我们只选择最必要的部分:index(下标)、timestamp(时间戳)、data(数据)、hash(哈希值)和
previous hash(前置哈希值)。



这个块中必须能找到前一个块的哈希值,以此来保证整条链的完整性。



123456789class Block {    constructor(index, previousHash, timestamp, data,
hash) {        this.index = index;        this.previousHash = previousHash.
toString();        this.timestamp = timestamp;        this.data = data;        
this.hash = hash.toString();    }}


块哈希

为了保存完整的数据,必须哈希区块。SHA-256会对块的内容进行加密,记录这个值应该和“挖矿”毫无关系,因为这里不需要解决工作量证明的问题。

123var calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {    return
CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();};


块的生成


要生成一个块,必须知道前一个块的哈希值,然后创造其余所需的内容(= index, hash, data and timestamp)。块的data部分是由终端用户所提供的。

1234567var 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);};


块的存储

内存中的Javascript数组被用于存储区块链。区块链的第一个块通常被称为“起源块”,是硬编码的。

12345var getGenesisBlock = () => {    return new Block(0, "0", 1465154705, "my
genesis block!!",
"816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");}; var
blockchain = [getGenesisBlock()];


确认块的完整性

在任何时候都必须能确认一个区块或者一整条链的区块是否完整。在我们从其他节点接收到新的区块,并需要决定接受或拒绝它们时,这一点尤为重要。

12345678910111213var 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;};


选择最长的链

任何时候在链中都应该只有一组明确的块。万一冲突了(例如:两个结点都生成了72号块时),会选择有最大数目的块的链。



123456789var 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');    }};


与其他结点的通信

结点的本质是和其他结点共享和同步区块链,下面的规则能保证网络同步。

* 当一个结点生成一个新块时,它会在网络上散布这个块。
* 当一个节点连接新peer时,它会查询最新的block。
* 当一个结点遇到一个块,其index大于当前所有块的index时,它会添加这个块到它当前的链中,或者到整个区块链中查询这个块。


如图为当节点遵循前文所述协议时会发生的一些典型通信场景

我没有采用自动发现peer的工具。peers的位置(URL)必须是手动添加的。

结点控制

在某种程度上用户必须能够控制结点。这一点通过搭建一个HTTP服务器可以实现。

123456789101112131415161718192021var 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));};
用户可以用下面的方法和结点互动:

* 列出所有的块
* 用用户提供的内容创建一个新的块
* 列出或者新增peers
下面这个Curl的例子就是最直接的控制结点的方法:

12#get all blocks from the nodecurl http://localhost:3001/blocks


体系结构

需要指出的是,节点实际上展现了两个web服务器:一个(HTTP服务器)是让用户控制节点,另一个(Websocket HTTP服务器)。



NaiveChain的主要组成部分

总结

创造 NaiveChain 的目的是为了示范和学习,因为它并没有“挖矿”算法(PoS of PoW),不能被用于公用网络,但是它实现了区块链运作的基本特性。

你可以在 Github 库中查看更多的技术细节。 https://github.com/lhartikk/naivechain







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