200 行代码实现一个简单的区块链
英文原文:Lauri Hartikka
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。
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();}
}
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。
var 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。
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);
};
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。
var 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。
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;
};
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。
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');}
};
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。
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:
#get all blocks from the node
curl 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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