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比特池塘 区块链技术 正文

JavaScript开发区块链只需200行代码

ranbluer
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JavaScript开发一个简单的区块链只需200行代码。通过JavaScript的开发实现过程,你将理解区块链是什么:区块链就是一个分布式数据库,存储结构是一个不断增长的链表,链表中包含着许多有序的记录。
& [1 C# I  f! P1 P3 u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。
3 m( E  C- l5 e4 ~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。% F. X" `8 t) L9 i9 o( H+ d  J
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。$ J. O; t6 J/ O* b; A' M6 y3 b
块结构6 L- V8 Y5 K- n' p; o6 }; m/ J
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)。
% C- p% K/ n  N7 {) _8 U; P- J8 C" ~* z( n* |
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:4 G1 L5 R! ~3 M8 c4 c! W
class Block {& ?9 ?, I/ F  z/ W
    constructor(index, previousHash, timestamp, data, hash) {+ P4 K1 \3 R$ k8 V( @
        this.index = index;
( i. d5 x) [. Z6 C        this.previousHash = previousHash.toString();$ f+ v4 U* p# }
        this.timestamp = timestamp;
! L, F& a5 v6 H/ t" T, Y: {        this.data = data;! M1 j9 u% M# C' x% z
        this.hash = hash.toString();' f% w& E! |% S# R2 H
    }8 e9 y% h" e8 N  ^: p9 U
}
& Y7 \5 G3 B/ {& P/ `; R块哈希! o3 X! B! K$ e3 F
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:
8 n9 M; ^4 w! i- n& F6 Nvar calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {. j/ j# E$ M9 Z! x3 Z- H; ]/ Z
    return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();, U" G% P2 P" m& y
};2 e$ Y' X# l( ^2 s8 z; H: p# m
块的生成$ @  R4 T3 n; t( h# \
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)。# r( y' Q% a; i5 H6 b: D$ A
块的data部分是由终端用户所提供的。JavaScript代码如下:& Y; c  r4 Y' [9 y
var generateNextBlock = (blockData) => {5 m8 g0 x0 W1 o% f( Z: m
    var previousBlock = getLatestBlock();
3 A+ h2 `# X0 D2 \7 h7 ~- O7 J% _2 o    var nextIndex = previousBlock.index + 1;
; }: r6 u0 O( l6 Y+ y5 B1 h    var nextTimestamp = new Date().getTime() / 1000;1 n- M' R/ }% j0 `# F$ b: S+ y* k  d/ K
    var nextHash = calculateHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData);
$ h5 t" _! z' f& W    return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData, nextHash);: Z- H/ F7 X( a! y
};
: E5 P( \8 F" q$ F: r* D+ |块的存储
0 H; @6 _4 W0 x6 B, o8 Y' e$ Z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:
1 c! U5 j# t' n# g: s* cvar getGenesisBlock = () => {
7 ^' G: a' M/ z9 ?: I    return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");
! z; ~4 O% l5 ~8 B0 g};" `. }9 L5 l8 c2 m3 X
& R; j' T4 D5 v7 D; y2 k# t
var blockchain = [getGenesisBlock()];: k: A9 e3 A' _; G0 M" y. R
确认块的完整性
' k  m7 i8 g. N: r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:. H& g  R" c8 ]& V
var isValidNewBlock = (newBlock, previousBlock) => {3 C1 A6 G! W  _, G# V7 l
    if (previousBlock.index + 1 !== newBlock.index) {" k& Q  i, E" |5 d% |/ `
        console.log('invalid index');9 n4 U6 p( |- `8 V0 Y
        return false;
/ Q- C: C5 Q0 L6 Y    } else if (previousBlock.hash !== newBlock.previousHash) {
' ]2 x, L' \2 M' Z& N3 F        console.log('invalid previoushash');0 B% O) ~' d2 x$ s
        return false;* n: _: f, O; K" F! p
    } else if (calculateHashForBlock(newBlock) !== newBlock.hash) {4 g; h3 D3 T/ A7 Y' R
        console.log('invalid hash: ' + calculateHashForBlock(newBlock) + ' ' + newBlock.hash);
6 N2 D& r- c8 H9 Q8 X        return false;, d8 t, _4 j- X" b& x$ ~5 h9 H
    }
) N% \. A' _" O. ~! E  [3 x- B    return true;
9 o; E0 n4 I, v, G+ x1 E5 }};& l3 u/ A3 j& N* b" O# R- Z
选择最长的区块链7 s* `, G5 R. r% N
  e$ r3 i- @# R6 c
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:
; t% K9 e7 D) B3 Gvar replaceChain = (newBlocks) => {+ {" {/ p" I7 a2 p8 Y  J# j
    if (isValidChain(newBlocks) && newBlocks.length > blockchain.length) {
/ {/ [, H+ M9 D$ C' \        console.log('Received blockchain is valid. Replacing current blockchain with received blockchain');
& _) ^& X  \0 B# Q8 f        blockchain = newBlocks;
! O2 Q" X5 z; ?3 b        broadcast(responseLatestMsg());3 f: v4 @/ O$ K5 U& `* [' Z) S
    } else {
6 M( d4 c$ y3 ]+ a( O& `! Q. i        console.log('Received blockchain invalid');
  {) [$ c, Z6 |: |" n' L  D3 i0 {    }
) r. x3 }8 D2 @};
( b, H  T1 d" n* P4 v$ b与其他结点的通信1 ]& e5 O" U- u! ~2 l
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。& q$ [7 H  z  c9 U5 _9 o  Y" D
6 j6 o/ a, ^- m  s- D6 T8 t+ t+ l* y
当一个结点生成一个新块时,它会在网络上散布这个块。
+ l& d! F, A  q8 s1 k* @5 i当一个节点连接新peer时,它会查询最新的block。
9 d3 ]- C. W  Y5 ?+ Y3 L% Q" |0 o1 g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 T# O! G3 v. K) j& `. G& h; `& R
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。4 o) u, l. K& w4 f5 }8 F8 m9 v9 R2 K
节点控制
% w+ d; k7 Z0 F+ k. O' K+ B4 b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:
( ^7 }, {) e+ D% |var initHttpServer = () => {
4 W( w2 }, _$ G  G9 ?% |; l- B    var app = express();
6 D% p! ~" ^( A8 S$ [7 k    app.use(bodyParser.json());! ?: Y  C% {4 p3 ]
    app.get('/blocks', (req, res) => res.send(JSON.stringify(blockchain)));) s3 a0 |8 V" Z+ v- o0 B) m
    app.post('/mineBlock', (req, res) => {
5 I5 N4 L+ G4 L9 [! v# w        var newBlock = generateNextBlock(req.body.data);/ A0 ?: d" D: w% c, E( H  L* o
        addBlock(newBlock);! g( i9 y6 P/ u, C
        broadcast(responseLatestMsg());
' {1 M+ \8 e7 H4 y7 S        console.log('block added: ' + JSON.stringify(newBlock));
% X5 M$ [, d  G" Q$ r1 l        res.send();; Z2 B' H# `6 x' Z7 r
    });
8 C5 E1 g7 v/ O  w    app.get('/peers', (req, res) => {, e) P/ T* [: u2 R( A
        res.send(sockets.map(s => s._socket.remoteAddress + ':' + s._socket.remotePort));+ N9 z+ g+ w+ ~
    });
7 e( G3 l6 Z. s) ]    app.post('/addPeer', (req, res) => {
! u2 V' z" V3 I: g) a4 j  ?" p        connectToPeers([req.body.peer]);
5 _9 K4 V5 F# r- x1 ^# h        res.send();2 P* N% R# ]# X; Z
    });
% G5 z- G( f4 {! A+ Z6 J    app.listen(http_port, () => console.log('Listening http on port: ' + http_port));
* ]& B# K* z  R};
1 U$ M2 b0 P$ z) B$ L用户可以用下面的方法和节点互动:- a# O6 l: W4 }" }0 M& h
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peers- U5 g$ C4 ^9 ?1 O& D
8 g0 p( U, r0 N: L7 u, T6 y
下面这个Curl的例子就是最直接的控制节点的方法:4 J0 G) X$ B% a5 q" V, y$ S  |
#get all blocks from the node8 N+ _- e" z! Z$ `0 N
curl http://localhost:3001/blocks6 d, Q4 K( |' D' v# i6 m; m4 V
系统架构  |2 g; X- o3 @* C9 O% @5 {
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)。+ a+ N: n; c2 A% |5 ~5 x

  P+ j" Q4 t5 j5 X) |总结: q+ ]1 [" U5 \1 d9 ]% W
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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