摘要:在区块链中,存储有效信息的是区块。存储的是前一个块的哈希。正是由于这个特性,才使得区块链是安全的。这样的结构,能够让我们快速地获取链上的最新块,并且高效地通过哈希来检索一个块。
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区块链是 21 世纪最具革命性的技术之一,它仍然处于不断成长的阶段,而且还有很多潜力尚未显现出来。 本质上,区块链只是一个分布式数据库而已。 不过,使它独一无二的是,区块链是一个公开的数据库,而不是一个私人数据库,也就是说,每个使用它的人都有一个完整或部分的副本。 只有经过其他数据库管理员的同意,才能向数据库中添加新的记录。 此外,也正是由于区块链,才使得加密货币和智能合约成为现实。
在本系列文章中,我们将实现一个简化版的区块链,基于它来构建简化版的加密货币。
区块让我们从 “区块链” 中的 “区块” 谈起。在区块链中,存储有效信息的是区块。比如,比特币区块存储的有效信息,就是比特币交易,交易信息也是所有加密货币的本质。除此以外,区块还包含了一些技术信息,比如版本,当前时间戳和前一个区块的哈希。
在本文中,我们并不会实现一个像比特币技术规范所描述的区块链,而是实现一个简化版的区块链,它仅包含了一些关键信息。看起来就像是这样:
type Block struct { Timestamp int64 Data []byte PrevBlockHash []byte Hash []byte }
Timestamp 是当前时间戳,也就是区块创建的时间。
Data 是区块存储的实际有效的信息。
PrevBlockHash 存储的是前一个块的哈希。
Hash 是当前块的哈希。
在比特币技术规范中,Timestamp, PrevBlockHash, Hash 是区块头(block header),区块头是一个多带带的数据结构。而交易,也就是这里的 Data, 是另一个多带带的数据结构。为了简便起见,我把这两个混合在了一起。
那么,我们要如何计算哈希呢?如何计算哈希,是区块链一个非常重要的部分。正是由于这个特性,才使得区块链是安全的。计算一个哈希,是在计算上非常困难的一个操作。即使在高速电脑上,也要花费不少时间 (这就是为什么人们会购买 GPU 来挖比特币) 。这是一个有意为之的架构设计,它故意使得加入新的区块十分困难,因此可以保证区块一旦被加入以后,就很难再进行修改。在本系列未来几篇文章中,我们将会讨论和实现这个机制。
目前,我们仅取了 Block 结构的一些字段(Timestamp, Data 和 PrevBlockHash),并将它们相互连接起来,然后在连接后的结果上计算一个 SHA-256 的哈希. 让我们在 SetHash 方法中完成这个任务:
func (b *Block) SetHash() { timestamp := []byte(strconv.FormatInt(b.Timestamp, 10)) headers := bytes.Join([][]byte{b.PrevBlockHash, b.Data, timestamp}, []byte{}) hash := sha256.Sum256(headers) b.Hash = hash[:] }
接下来,按照 Golang 的惯例,我们会实现一个用于简化创建一个区块的函数:
func NewBlock(data string, prevBlockHash []byte) *Block { block := &Block{time.Now().Unix(), []byte(data), prevBlockHash, []byte{}} block.SetHash() return block }
这就是区块部分的全部内容了!
区块链下面让我们来实现一个区块链。本质上,区块链仅仅是一个有着特定结构的数据库,是一个有序,后向连接的列表。这也就是说,区块按照插入的顺序进行存储,每个块都被连接到前一个块。这样的结构,能够让我们快速地获取链上的最新块,并且高效地通过哈希来检索一个块。
在 Golang 中,可以通过一个 array 和 map 来实现这个结构:array 存储有序的哈希(Golang 中 array 是有序的),map 存储 hask -> block 对(Golang 中, map 是无序的)。 但是在基本的原型阶段,我们只用到了 array,因为现在还不需要通过哈希来获取块。
type Blockchain struct { blocks []*Block }
这就是我们的第一个区块链!我从来没有想过它会是这么容易。
现在,让我们能够给它添加一个块:
func (bc *Blockchain) AddBlock(data string) { prevBlock := bc.blocks[len(bc.blocks)-1] newBlock := NewBlock(data, prevBlock.Hash) bc.blocks = append(bc.blocks, newBlock) }
完成!不过,真的就这样了吗?
为了加入一个新的块,我们必须要有一个已有的块,但是,现在我们的链是空的,一个块都没有!所以,在任何一个区块链中,都必须至少有一个块。这样的块,也就是链中的第一个块,通常叫做创世块(genesis block). 让我们实现一个方法来创建一个创世块:
func NewGenesisBlock() *Block { return NewBlock("Genesis Block", []byte{}) }
现在,我们可以实现一个函数来创建有创世块的区块链:
func NewBlockchain() *Blockchain { return &Blockchain{[]*Block{NewGenesisBlock()}} }
来检查一个我们的区块链是否如期工作:
func main() { bc := NewBlockchain() bc.AddBlock("Send 1 BTC to Ivan") bc.AddBlock("Send 2 more BTC to Ivan") for _, block := range bc.blocks { fmt.Printf("Prev. hash: %x ", block.PrevBlockHash) fmt.Printf("Data: %s ", block.Data) fmt.Printf("Hash: %x ", block.Hash) fmt.Println() } }
输出:
Prev. hash: Data: Genesis Block Hash: aff955a50dc6cd2abfe81b8849eab15f99ed1dc333d38487024223b5fe0f1168 Prev. hash: aff955a50dc6cd2abfe81b8849eab15f99ed1dc333d38487024223b5fe0f1168 Data: Send 1 BTC to Ivan Hash: d75ce22a840abb9b4e8fc3b60767c4ba3f46a0432d3ea15b71aef9fde6a314e1 Prev. hash: d75ce22a840abb9b4e8fc3b60767c4ba3f46a0432d3ea15b71aef9fde6a314e1 Data: Send 2 more BTC to Ivan Hash: 561237522bb7fcfbccbc6fe0e98bbbde7427ffe01c6fb223f7562288ca2295d1总结
我们创建了一个非常简单的区块链原型:它仅仅是一个数组构成的一系列区块,每个块都与前一个块相关联。真实的区块链要比这复杂得多。在我们的区块链中,加入新的块非常简单,而且很快,但是在真实的区块链中,加入新的块需要很多工作:你必须要经过十分繁重的计算(这个机制叫做工作量证明),来获得添加一个新块的权力。并且,区块链是一个没有单一决策者的分布式数据库。因此,一个新的块必须要被网络的其他参与者确认和同意(这个机制叫做共识(consensus))。还有一点,我们的区块链还没有任何的交易!
在接下来的文章的我们将会一一覆盖这些特性。
本文涉及的源代码:part_1
区块哈希算法:https://en.bitcoin.it/wiki/Bl...
原文:
Building Blockchain in Go. Part 1: Basic Prototype
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