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。
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。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)。0 }1 g. p+ ~, [6 N+ M) H
3 p! i- ? L2 l5 n5 h
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:% `# S. _& T$ e# k) q
class Block { m+ `6 b; t0 I
constructor(index, previousHash, timestamp, data, hash) {
this.index = index;$ ?- H% Z7 v' Z$ g
this.previousHash = previousHash.toString();
this.timestamp = timestamp;7 x4 ]4 T; q( U+ \# r' ^
this.data = data;. A: x1 B5 H7 O! f7 r0 G
this.hash = hash.toString();
}
}7 G4 @ Z/ @# i. @' z2 S
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:
var calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {
return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();" |$ B$ U' D j7 R/ ~, J! q8 d
};
块的生成* @9 \" S- ^& w" X
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)。6 e+ u; j+ M7 ^' z H
块的data部分是由终端用户所提供的。JavaScript代码如下:
var generateNextBlock = (blockData) => {$ J' N2 f! V2 g& U
var previousBlock = getLatestBlock();' |- T' Z- `# \* k: }
var nextIndex = previousBlock.index + 1;, W) {1 \8 A2 T5 p- N
var nextTimestamp = new Date().getTime() / 1000;, r1 J! j) g% ? X
var nextHash = calculateHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData);- R0 J% @! n- J' D9 P9 t
return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData, nextHash);
};$ n# U, [* ?9 `' }6 r- B, ]. g3 {% O
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。JavaScript代码如下:
var getGenesisBlock = () => {, Z4 d$ X8 L3 H
return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");# p% @2 \6 W% {, Q' m2 Z. Q
};) n- t* V% ^" ]* g/ @/ T3 I
, g) Y1 x2 [" y3 _( d
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) {
console.log('invalid index');
return false;! h R% c! l. f) ~
} else if (previousBlock.hash !== newBlock.previousHash) {
console.log('invalid previoushash');% j1 z" B+ ]/ S* }, g
return false;: O+ D' `$ Y2 V/ j M5 h( s2 y
} else if (calculateHashForBlock(newBlock) !== newBlock.hash) {
console.log('invalid hash: ' + calculateHashForBlock(newBlock) + ' ' + newBlock.hash);* m( q1 i4 p5 z/ i# \) @
return false;4 s% I! e! w) i: R) L- ]
}
return true;
};
选择最长的区块链6 p) ` ?* ~- c7 R
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:* U& P) T# T6 e' I/ {: P, A
var replaceChain = (newBlocks) => {% J2 r) V7 B, J
if (isValidChain(newBlocks) && newBlocks.length > blockchain.length) {
console.log('Received blockchain is valid. Replacing current blockchain with received blockchain');
blockchain = newBlocks;; ] l% C! R2 g2 `1 k; C/ D
broadcast(responseLatestMsg());# v2 h7 p% X# K( P$ ]
} else {( S: D: ~3 i& M4 o$ P2 L% ?& K
console.log('Received blockchain invalid');
}
};
与其他结点的通信0 X9 r- @1 i1 G7 n' C0 W' ~* u
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 V' W8 I& i5 M! |- d( A
当一个结点生成一个新块时,它会在网络上散布这个块。1 U+ e/ Y+ Q0 [/ u V6 ^
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。4 z J5 M2 O8 ^
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:
var initHttpServer = () => {1 K. K/ y/ {# b
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);# }6 R, Q& o) h
addBlock(newBlock);
broadcast(responseLatestMsg());
console.log('block added: ' + JSON.stringify(newBlock));
res.send();5 r2 N( Q- A# ], ^* V u1 r
});
app.get('/peers', (req, res) => {# a3 a0 J! ]5 k$ z" k7 a- C1 k
res.send(sockets.map(s => s._socket.remoteAddress + ':' + s._socket.remotePort));
});
app.post('/addPeer', (req, res) => {
connectToPeers([req.body.peer]);
res.send();3 I, L& R- l* I/ d3 D
});' R N# Z' e6 B1 M7 {# b7 n/ h, Z4 J
app.listen(http_port, () => console.log('Listening http on port: ' + http_port));- @7 U, l0 ]- c5 K% x, Q
};
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peers4 _, S- i" B) T3 ` f
' B V* s. M8 p \0 M
下面这个Curl的例子就是最直接的控制节点的方法:, }) y3 b8 \ J5 C' O& N# b5 K
#get all blocks from the node V8 `8 n$ s0 b1 y5 w
curl http://localhost:3001/blocks7 r7 H o8 z; l4 S0 U
系统架构7 i5 H2 D* k& Q+ N7 @0 `6 A8 U1 ]& f
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)。- k9 d! A Y/ Q7 b( ~
总结8 v' i$ {; H! i* r) s
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。
成为第一个吐槽的人