JavaScript开发区块链只需200行代码
ranbluer
发表于 2023-1-2 10:25:45
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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。0 C( e2 v+ @) n: P: ~
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。4 S$ l' N) g, d3 E* e! r
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。你可以在Github(https://github.com/lhartikk/naivechain)查看更多的技术细节。
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)。
3 z: j F. }7 u E( k
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,JavaScript代码如下:
class Block {" d+ T" f% b! W5 o' s9 G
constructor(index, previousHash, timestamp, data, hash) {
this.index = index;
this.previousHash = previousHash.toString();
this.timestamp = timestamp;4 p" S# m/ ]' y: G' b
this.data = data;
this.hash = hash.toString();
}0 H7 M" `' M- H* ^' g
}
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。JavaScript代码如下:; s8 e$ Q) @6 U8 @" l: S) \
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。JavaScript代码如下:
var generateNextBlock = (blockData) => {
var previousBlock = getLatestBlock();
var nextIndex = previousBlock.index + 1;
var nextTimestamp = new Date().getTime() / 1000;; m o- }' I9 T0 f# V9 O* ~. L
var nextHash = calculateHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData);
return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData, nextHash);
};
块的存储$ D% \6 F% X- d: g5 [" _
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。JavaScript代码如下:7 B# s" t3 ?6 a5 F' K# X
var getGenesisBlock = () => {: v B* @- j! s: ]: K5 f# w+ _. H
return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");
}; _4 B) }% T- C) m+ Z: c5 u
5 T* r5 ]1 j# ? ^7 }
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。JavaScript代码如下:
var isValidNewBlock = (newBlock, previousBlock) => {
if (previousBlock.index + 1 !== newBlock.index) {3 J; @ J, U+ D% A
console.log('invalid index');
return false;8 C- _# Z( i! |& K [, g/ o
} else if (previousBlock.hash !== newBlock.previousHash) {5 j+ O; @' b( T5 j0 b& K p
console.log('invalid previoushash');3 f2 }( W* s3 V
return false;
} else if (calculateHashForBlock(newBlock) !== newBlock.hash) {7 M( z: ^7 W* Y' }: x+ U3 z
console.log('invalid hash: ' + calculateHashForBlock(newBlock) + ' ' + newBlock.hash);: ^6 ^: Z% U5 K) w' q% `% h
return false;
}
return true;- A- D0 p0 I. G- R4 `
};9 O; I {' x9 O& L
选择最长的区块链* O8 M Y$ X( X# m, E% i# N
* ^* o0 B. L( f/ i8 B
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。JavaScript代码如下:
var replaceChain = (newBlocks) => {
if (isValidChain(newBlocks) && newBlocks.length > blockchain.length) {7 l% r0 K) p6 E
console.log('Received blockchain is valid. Replacing current blockchain with received blockchain');. h& B( S9 G @8 P4 Z# ^
blockchain = newBlocks;8 z1 ]/ m, G. Z- Z3 M0 {" U6 C1 R& e
broadcast(responseLatestMsg());
} else {
console.log('Received blockchain invalid');
}: e4 e+ x4 H) ^* F0 `
};9 c& Q* m( @% Q* [3 o! ?0 X- ^# h* C
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。2 u. Y1 o. y) `
& {0 f5 _* s8 R2 u5 Q
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。( `8 T, ^; _, s
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。, e6 e/ ^- k0 n* ~3 Z- e( e
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。
节点控制
在某种程度上用户必须能够控制节点。这一点通过搭建一个HTTP服务器可以实现。JavaScript代码如下:$ [6 K9 S$ D P
var initHttpServer = () => {
var app = express();* [; q8 T" _6 N/ R
app.use(bodyParser.json());& G& u7 M6 R9 L6 r/ r
app.get('/blocks', (req, res) => res.send(JSON.stringify(blockchain)));
app.post('/mineBlock', (req, res) => {/ R( W2 m" }+ R
var newBlock = generateNextBlock(req.body.data);
addBlock(newBlock);1 s$ |& W- ~. U- ]/ `
broadcast(responseLatestMsg());% ^/ u% L7 j6 L; B8 ~( ?
console.log('block added: ' + JSON.stringify(newBlock));
res.send();! z# y x/ V: t# f; R
});
app.get('/peers', (req, res) => {
res.send(sockets.map(s => s._socket.remoteAddress + ':' + s._socket.remotePort));
});
app.post('/addPeer', (req, res) => {2 k' n) \! O3 D3 z+ [0 o
connectToPeers([req.body.peer]);
res.send();( j+ y' F; [- _5 ?
});
app.listen(http_port, () => console.log('Listening http on port: ' + http_port));
}; I8 V5 x7 {0 x1 x1 W
用户可以用下面的方法和节点互动:
列出所有的块用户提供的内容创建一个新的块列出或者新增peers6 G) v" e* \0 D) _3 \( E
下面这个Curl的例子就是最直接的控制节点的方法:
#get all blocks from the node4 D9 I3 [# e( O, ^( w1 t, o
curl http://localhost:3001/blocks
系统架构
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)。
总结% ]5 {. H' u6 k! v- `) m
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或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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