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200 行代码实现一个简单的区块链应用

时间:2018-05-24 21:55  来源:未知  阅读次数: 复制分享 我要评论

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。

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  1. class Block {  
  2.     constructor(index, previousHash, timestamp, data, hash) {  
  3.         this.index = index;  
  4.         this.previousHash = previousHash.toString();  
  5.         this.timestamp = timestamp;  
  6.         this.data = data;  
  7.         this.hash = hash.toString();  
  8.     }  
  9. }  

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。

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  1. var calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {  
  2.     return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();  
  3. };  

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。

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  1. var generateNextBlock = (blockData) => {  
  2.     var previousBlock = getLatestBlock();  
  3.     var nextIndex = previousBlock.index + 1;  
  4.     var nextTimestamp = new Date().getTime() / 1000;  
  5.     var nextHash = calculateHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData);  
  6.     return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData, nextHash);  
  7. };  

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。
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  1. var getGenesisBlock = () => {  
  2.     return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");  
  3. };  
  4. 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。
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  1. var isValidNewBlock = (newBlock, previousBlock) => {  
  2.     if (previousBlock.index + 1 !== newBlock.index) {  
  3.         console.log('invalid index');  
  4.         return false;  
  5.     } else if (previousBlock.hash !== newBlock.previousHash) {  
  6.         console.log('invalid previoushash');  
  7.         return false;  
  8.     } else if (calculateHashForBlock(newBlock) !== newBlock.hash) {  
  9.         console.log('invalid hash: ' + calculateHashForBlock(newBlock) + ' ' + newBlock.hash);  
  10.         return false;  
  11.     }  
  12.     return true;  
  13. };  

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。

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  1. var replaceChain = (newBlocks) => {  
  2.     if (isValidChain(newBlocks) && newBlocks.length > blockchain.length) {  
  3.         console.log('Received blockchain is valid. Replacing current blockchain with received blockchain');  
  4.         blockchain = newBlocks;  
  5.         broadcast(responseLatestMsg());  
  6.     } else {  
  7.         console.log('Received blockchain invalid');  
  8.     }  
  9. };  

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。
  1. 当一个结点生成一个新块时,它会在网络上散布这个块。
  2. 当一个节点连接新peer时,它会查询最新的block。
  3. 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。
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  1. var initHttpServer = () => {  
  2.     var app = express();  
  3.     app.use(bodyParser.json());  
  4.    
  5.     app.get('/blocks', (req, res) => res.send(JSON.stringify(blockchain)));  
  6.     app.post('/mineBlock', (req, res) => {  
  7.         var newBlock = generateNextBlock(req.body.data);  
  8.         addBlock(newBlock);  
  9.         broadcast(responseLatestMsg());  
  10.         console.log('block added: ' + JSON.stringify(newBlock));  
  11.         res.send();  
  12.     });  
  13.     app.get('/peers', (req, res) => {  
  14.         res.send(sockets.map(s => s._socket.remoteAddress + ':' + s._socket.remotePort));  
  15.     });  
  16.     app.post('/addPeer', (req, res) => {  
  17.         connectToPeers([req.body.peer]);  
  18.         res.send();  
  19.     });  
  20.     app.listen(http_port, () => console.log('Listening http on port: ' + http_port));  
  21. };  
用户可以用下面的方法和结点互动:
  1. 列出所有的块
  2. 用用户提供的内容创建一个新的块
  3. 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:
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  1. #get all blocks from the node  
  2. 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。
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