200 行代码实现一个简单的区块链

mlee4045 2年前
   <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/92f3262b3cb91f300dc33b541db135bb.jpg"></p>    <p>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。</p>    <p>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。</p>    <h3>块结构</h3>    <p>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)。</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/07bb807fe2caf9ab85dc6685ba18929a.jpg"></p>    <p>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。</p>    <pre>  <code class="language-java">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();      }  }</code></pre>    <h3>块哈希</h3>    <p>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。</p>    <pre>  <code class="language-java">var calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {      return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();  };</code></pre>    <h3>块的生成</h3>    <p>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。</p>    <pre>  <code class="language-java">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);  };</code></pre>    <h3>块的存储</h3>    <p>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。</p>    <pre>  <code class="language-java">var getGenesisBlock = () => {      return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");  };     var blockchain = [getGenesisBlock()];</code></pre>    <h3>确认块的完整性</h3>    <p>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。</p>    <pre>  <code class="language-java">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;  };</code></pre>    <h3>选择最长的链</h3>    <p>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。</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/6ac43b78add73869431781efc57402ce.jpg"></p>    <pre>  <code class="language-java">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');      }  };</code></pre>    <h3>与其他结点的通信</h3>    <p>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。</p>    <ul>     <li>当一个结点生成一个新块时,它会在网络上散布这个块。</li>    </ul>    <ul>     <li>当一个节点连接新peer时,它会查询最新的block。</li>    </ul>    <ul>     <li>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。</li>    </ul>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/b86650609d04aab54c41f35ea54ee9b6.jpg"></p>    <p>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</p>    <p>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。</p>    <h3>结点控制</h3>    <p>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。</p>    <pre>  <code class="language-java">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));  };</code></pre>    <p>用户可以用下面的方法和结点互动:</p>    <ul>     <li>列出所有的块</li>    </ul>    <ul>     <li>用用户提供的内容创建一个新的块</li>    </ul>    <ul>     <li>列出或者新增peers</li>    </ul>    <p>下面这个Curl的例子就是最直接的控制结点的方法:</p>    <pre>  <code class="language-java">#get all blocks from the node  curl http://localhost:3001/blocks</code></pre>    <h3>体系结构</h3>    <p>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)。</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/d8d4d954d4ef64c805ac68ae5e350725.jpg"></p>    <p>NaiveChain的主要组成部分</p>    <h3>总结</h3>    <p>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。</p>    <p>你可以在 Github 库中查看更多的技术细节。 https://github.com/lhartikk/naivechain</p>    <p> </p>    <p>来自:http://www.techug.com/post/a-blockchain-in-200-lines-of-code.html</p>    <p> </p>