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区块链难理解?200行代码教你写一个自己的区块链!(续)
2018-03-20 1317

数据模型

接着我们来定义一个结构体,它代表组成区块链的每一个块的数据模型:

  • Index 是这个块在整个链中的位置。

  • Timestamp 显而易见就是块生成时的时间戳。

  • Hash 是这个块通过 SHA256 算法生成的散列值。

  • PrevHash 代表前一个块的 SHA256 散列值。

  • BPM 每分钟心跳数,也就是心率。还记得文章开头说到的吗?

接着,我们再定义一个结构表示整个链,最简单的表示形式就是一个 Block 的 slice:

var Blockchain []Block

我们使用散列算法(SHA256)来确定和维护链中块和块正确的顺序,确保每一个块的 PrevHash 值等于前一个块中的 Hash 值,这样就以正确的块顺序构建出链:

散列和生成块

我们为什么需要散列?主要是两个原因:

  • 在节省空间的前提下去唯一标识数据。散列是用整个块的数据计算得出,在我们的例子中,将整个块的数据通过 SHA256 计算成一个定长不可伪造的字符串。

  • 维持链的完整性。通过存储前一个块的散列值,我们就能够确保每个块在链中的正确顺序。任何对数据的篡改都将改变散列值,同时也就破坏了链。

    以我们从事的医疗健康领域为例,比如有一个恶意的第三方为了调整“人寿险”的价格,而修改了一个或若干个块中的代表不健康的 BPM 值,那么整个链都变得不可信了。

我们接着写一个函数,用来计算给定的数据的 SHA256 散列值:

这个 calculateHash 函数接受一个块,通过块中的 Index,Timestamp,BPM,以及 PrevHash 值来计算出 SHA256 散列值。

接下来我们就能便携一个生成块的函数:

其中,Index 是从给定的前一块的 Index 递增得出,时间戳是直接通过 time.Now() 函数来获得的,Hash 值通过前面的 calculateHash 函数计算得出,PrevHash 则是给定的前一个块的 Hash 值。

校验块

搞定了块的生成,接下来我们需要有函数帮我们判断一个块是否有被篡改。检查 Index 来看这个块是否正确得递增,检查 PrevHash 与前一个块的 Hash 是否一致,再来通过 calculateHash 检查当前块的 Hash 值是否正确。

通过这几步我们就能写出一个校验函数:

除了校验块以外,我们还会遇到一个问题:两个节点都生成块并添加到各自的链上,那我们应该以谁为准?这里的细节我们留到下一篇文章,这里先让我们记住一个原则:始终选择最长的链。

通常来说,更长的链表示它的数据(状态)是更新的,所以我们需要一个函数能帮我们将本地的过期的链切换成最新的链:

到这一步,我们基本就把所有重要的函数完成了。接下来,我们需要一个方便直观的方式来查看我们的链,包括数据及状态。通过浏览器查看 Web 页面可能是最合适的方式!

Web 服务

我猜你一定对传统的 Web 服务及开发非常熟悉,所以这部分你肯定一看就会。

借助 Gorilla/mux 包,我们先写一个函数来初始化我们的 Web 服务:

其中的端口号是通过前面提到的 .env 来获得,再添加一些基本的配置参数,这个 web 服务就已经可以 listen and serve 了!

接下来我们再来定义不同 endpoint 以及对应的 handler。例如,对“/”的 GET 请求我们可以查看整个链,“/”的 POST 请求可以创建块。

GET 请求的 handler:

为了简化,我们直接以 JSON 格式返回整个链,你可以在浏览器中访问 localhost:8080 或者 127.0.0.1:8080 来查看(这里的 8080 就是你在 .env 中定义的端口号 ADDR)。

POST 请求的 handler 稍微有些复杂,我们先来定义一下 POST 请求的 payload:

再看看 handler 的实现:

我们的 POST 请求体中可以使用上面定义的 payload,比如:

{"BPM":75}

还记得前面我们写的 generateBlock 这个函数吗?它接受一个“前一个块”参数,和一个 BPM 值。

POST handler 接受请求后就能获得请求体中的 BPM 值,接着借助生成块的函数以及校验块的函数就能生成一个新的块了!

除此之外,你也可以:

  • 使用 spew.Dump 这个函数可以以非常美观和方便阅读的方式将 struct、slice 等数据打印在控制台里,方便我们调试。

  • 测试 POST 请求时,可以使用 POSTMAN 这个 chrome 插件,相比 curl它更直观和方便。

POST 请求处理完之后,无论创建块成功与否,我们需要返回客户端一个响应:

快要大功告成了

接下来,我们把这些关于区块链的函数,Web 服务的函数“组装”起来:

这里的 genesisBlock (创世块)是 main 函数中最重要的部分,通过它来初始化区块链,毕竟第一个块的 PrevHash 是空的。

哦耶!完成了

让我们来启动它:

go run main.go

在终端中,我们可以看到 web 服务器启动的日志信息,并且打印出了创世块的信息:

接着我们打开浏览器,访问 localhost:8080 这个地址,我们可以看到页面中展示了当前整个区块链的信息(当然,目前只有一个创世块):

接着,我们再通过 POSTMAN 来发送一些 POST 请求:

刷新刚才的页面,现在的链中多了一些块,正是我们刚才生成的,同时你们可以看到,块的顺序和散列值都正确。

下一步

刚刚我们完成了一个自己的区块链,虽然很简单(陋),但它具备块生成、散列计算、块校验等基本能力。

接下来你就可以继续深入的学习区块链的其他重要知识,比如工作量证明、权益证明这样的共识算法,或者是智能合约、Dapp、侧链等等。

目前这个实现中不包括任何 P2P 网络的内容,我们会在下一篇文章中补充这部分内容,当然,我们鼓励你在这个基础上自己实践一遍!

来源:开源中国、韦物主义、高可用架构等微信公众号综合整理

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