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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。! Q- O0 v# G% P! F$ s
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。
$ O' Z( D1 C# N0 c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。
' ?* `0 o! z& x4 n$ n6 q% q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。
2 `( W% K1 d, v$ R块结构9 A& `: r9 t6 N6 M
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)。
9 _7 g4 w# D- U2 h. s, b( J8 h" z/ U0 E/ y3 |
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:
- N" H- R" ]3 s6 T/ J/ Q+ xclass Block {6 n$ ]9 |- t) w9 @9 B/ _
    constructor(index, previousHash, timestamp, data, hash) {
$ l9 i) \; X, D( e        this.index = index;$ I# g1 D2 h+ E5 |& ^, x
        this.previousHash = previousHash.toString();$ K( ^7 I8 C3 D1 F
        this.timestamp = timestamp;
* l2 [/ @0 R9 h- b6 l        this.data = data;0 D4 [; Z6 S8 Z3 i0 v- o0 G
        this.hash = hash.toString();
+ c; a, _2 B$ A' w7 G8 a    }! \$ a) a, ]3 M% T$ ~- t
}  I# E" k: l/ G+ v- _5 `4 x
块哈希+ d: |# A7 F. G: R
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:
1 M9 e# o- [6 Cvar calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {" ]$ c. D+ x8 F
    return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();) Y1 k0 e0 n& L; w. b4 s& @
};7 e. K# Q2 S# l4 B* D/ F: n
块的生成
! I2 \# q+ \: |# i' _2 m7 Q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)。
1 ?" N. w* e# e; z2 L& P6 [1 M8 y块的data部分是由终端用户所提供的。JavaScript代码如下:
/ P; W) P6 ]4 \+ i$ _# ], Gvar generateNextBlock = (blockData) => {
/ j+ ~9 ^$ r! Q) H9 j" [4 w    var previousBlock = getLatestBlock();( e2 d; J% N& o( M6 s$ b/ }0 Y% y
    var nextIndex = previousBlock.index + 1;
* T. F: k( k$ e( ?# \. \( ^) v$ }    var nextTimestamp = new Date().getTime() / 1000;* S2 v9 Y7 `5 N- y) M  w
    var nextHash = calculateHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData);
) u8 H3 f9 F- @4 n0 E& P, Y    return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData, nextHash);
. D2 N, }- v# U9 a3 T0 c( y+ U};
$ J. `- [# b. _& J4 t块的存储& E# J0 e9 v: l1 \0 l
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:) p9 [5 Q! ?+ m* |+ w
var getGenesisBlock = () => {
6 }6 a/ ?' y. e/ l' N    return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");1 C4 Q  W. r: `# ?/ N- E# ^/ T* F6 S
};
; Q1 A0 p6 U9 @( s8 Z! h3 t$ P
8 ^; v4 d/ @( p. c1 d4 u5 {2 Svar blockchain = [getGenesisBlock()];
4 a) p/ C: q2 ^. |% {7 L确认块的完整性
+ X7 x/ i! N# A! Y$ F, o- {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:4 N0 J/ |% V" [/ q8 \5 [( ^
var isValidNewBlock = (newBlock, previousBlock) => {& U3 A9 S, H* [# e
    if (previousBlock.index + 1 !== newBlock.index) {/ T4 f3 u7 f6 r' C8 B/ R
        console.log('invalid index');
' T" k, f7 U1 q4 m- }        return false;0 u! P9 o" K( v0 w: P
    } else if (previousBlock.hash !== newBlock.previousHash) {
1 k. Y2 |# G5 u# y/ E9 z        console.log('invalid previoushash');  }5 m7 Q8 w. i/ o# |
        return false;
  M! y$ M1 \/ D2 w4 Y0 [* f    } else if (calculateHashForBlock(newBlock) !== newBlock.hash) {
* D' j% ]2 B# k9 {$ G, C        console.log('invalid hash: ' + calculateHashForBlock(newBlock) + ' ' + newBlock.hash);, A* I* k% `& e; _) Y7 Q/ I# P& X
        return false;, j! H0 t  T1 S- ^; G) M/ x
    }( w1 N: k# {: a9 m+ b, r
    return true;
" @" m5 h# r* s};, M; }1 i: Q) j
选择最长的区块链7 p% Y( f" Y% I$ |1 M

( k1 i; t  r5 F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:
' p0 \$ n& Y: r3 Ovar replaceChain = (newBlocks) => {
- [% R4 f( s! F+ ^! v1 S) @5 k    if (isValidChain(newBlocks) && newBlocks.length > blockchain.length) {
8 B4 R* y- i1 u6 J6 \" _        console.log('Received blockchain is valid. Replacing current blockchain with received blockchain');( E7 n3 ^4 `  e7 t3 K" t. B5 K
        blockchain = newBlocks;
! }" _; r+ o* N5 O* Y2 z: u        broadcast(responseLatestMsg());
) f* s' ^, ?3 z2 q1 K    } else {) B4 L9 Z# A* L  [
        console.log('Received blockchain invalid');
6 G5 k; h: ?! e! z( o* G8 o    }2 N4 r4 b; h! V/ ?7 w& g6 ~2 Y1 Z  A
};3 z' P9 E6 f* @$ y
与其他结点的通信
+ U6 ?7 b1 c2 b% k( x; s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。
+ o" z; f; J! i' ^7 L- e7 M' L; U4 G* b- m" c2 z/ Q/ d# ~8 ~
当一个结点生成一个新块时,它会在网络上散布这个块。4 f6 d9 D+ k( P" o) f6 J/ U* o
当一个节点连接新peer时,它会查询最新的block。
+ P( Q3 s! M$ m3 t8 }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。
' o9 e% {3 D6 T/ O6 ^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。
/ y+ o4 C- e& N4 K8 F节点控制
# B$ k* L( O1 l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:3 x( O) V9 r0 S% O8 h0 u( k9 S. C
var initHttpServer = () => {. g$ a$ p1 k( m
    var app = express();
7 t% ^5 I0 h+ O    app.use(bodyParser.json());7 U, D3 L# y  Z( G7 m5 l
    app.get('/blocks', (req, res) => res.send(JSON.stringify(blockchain)));5 l$ s( A& a7 q# M! }
    app.post('/mineBlock', (req, res) => {
7 P* N9 M! s6 g2 w" p7 j5 E# J. t        var newBlock = generateNextBlock(req.body.data);
! S0 F' S7 q* w8 B+ D' J        addBlock(newBlock);7 `$ }1 Y6 T/ k. P, W
        broadcast(responseLatestMsg());+ X* O: \1 {/ y
        console.log('block added: ' + JSON.stringify(newBlock));2 I- ]! `/ [* Y! \. L$ Z
        res.send();
2 K6 {' [. M8 q% w& F- w    });
( I: z) R, c4 O9 I    app.get('/peers', (req, res) => {! ]0 J# x+ b$ }8 Z
        res.send(sockets.map(s => s._socket.remoteAddress + ':' + s._socket.remotePort));9 [6 M7 E; G) b
    });5 Z% X+ }$ [  P$ `! V
    app.post('/addPeer', (req, res) => {. O3 E0 X& F3 T6 G: _3 |2 |
        connectToPeers([req.body.peer]);
5 q# c( S" q7 }9 N+ i, I3 l7 W        res.send();
4 t+ ~8 f% t; C2 L- J( s    });
1 g* @, {( P7 ?% T6 p' H7 _$ l    app.listen(http_port, () => console.log('Listening http on port: ' + http_port));' O9 E4 E% n6 [7 }5 @- Z) v( [6 V
};% x, M+ Y5 p% V0 x& F" I( G
用户可以用下面的方法和节点互动:
9 ?4 O* f' S' y# }( d3 M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
) b7 A. S0 Q4 f5 K& r

+ Y' U; T1 y* O9 \1 p! o下面这个Curl的例子就是最直接的控制节点的方法:
' \. ?/ K/ U6 w: f#get all blocks from the node
/ ~7 x# U) k" V: Z3 {2 J2 J4 Ccurl http://localhost:3001/blocks
; e) o8 K  g. T0 {# y0 R系统架构
. s/ K) m6 q1 g9 a$ O% l" ^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)。
; G5 ]( X; i6 N$ ^. \: ]5 t: G% a
5 g& f. r) ?3 }, j$ W总结5 n/ H' q8 l5 H% X" {
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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