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。+ c) A4 v: P) d& b9 E
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/ ~7 o% W5 m a8 R. d
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)。4 c2 C: t' u6 t% Z+ o- T0 d
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:; ]! K! ?7 {* a# g( H( g
class Block {' x4 ]' D$ L9 y& K/ E
constructor(index, previousHash, timestamp, data, hash) {5 x, o7 [9 @+ L2 w9 P
this.index = index;
this.previousHash = previousHash.toString();
this.timestamp = timestamp;
this.data = data;) `5 h3 }. f4 e; y
this.hash = hash.toString(); f2 z8 g# e% V& e
}
}! `# C+ w. g' S! d" u$ H! K+ b
块哈希, O A4 `2 l0 h+ P. W1 t3 R3 c5 P
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();
};5 l! ^/ F% k1 u2 \ ^) j
块的生成% {) c8 z: S( a; G8 w2 ?; 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)。
块的data部分是由终端用户所提供的。JavaScript代码如下:( D9 B: F: o8 K4 n6 A8 ]# `
var generateNextBlock = (blockData) => {+ Y& a; n7 ^; w$ `: M
var previousBlock = getLatestBlock();# N: g4 c6 h/ o3 y
var nextIndex = previousBlock.index + 1;
var nextTimestamp = new Date().getTime() / 1000;
var nextHash = calculateHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData);4 m8 W. O! F! [5 L1 Z
return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData, nextHash);( J" V* @8 M3 W# l a
};
块的存储/ j/ u# C# V# W; B) i7 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:/ H/ _6 d S W/ J
var getGenesisBlock = () => {: f- n! W, G* `4 w- R) t8 K: U
return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");1 Q0 z$ k& Z9 h' w: d2 g: r; i" B
};
" ~+ H; @" S( L. |: D" M
var blockchain = [getGenesisBlock()];
确认块的完整性- r- M2 Z1 Q; v6 ]
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) {6 u" ^' K. X( T Q, Q+ ~
console.log('invalid index');
return false;
} else if (previousBlock.hash !== newBlock.previousHash) { l9 L9 S" x# u+ K4 j/ V/ o
console.log('invalid previoushash');
return false;6 I [# W) U, c0 K& e0 a1 Y
} else if (calculateHashForBlock(newBlock) !== newBlock.hash) {4 ~! X e, U( q6 F0 F, B* F1 b8 q
console.log('invalid hash: ' + calculateHashForBlock(newBlock) + ' ' + newBlock.hash);
return false;
}
return true;
};
选择最长的区块链3 Q5 v; y' C* E( i& Q5 h
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:1 i* j/ m+ `5 A; N, ?, U+ I
var replaceChain = (newBlocks) => {
if (isValidChain(newBlocks) && newBlocks.length > blockchain.length) {
console.log('Received blockchain is valid. Replacing current blockchain with received blockchain');) b% K4 l; a. J" ?
blockchain = newBlocks;
broadcast(responseLatestMsg());; J% ~ |0 q, Z# u
} else {
console.log('Received blockchain invalid');2 x+ _7 l5 d- w! Z' {- F5 h. a, H, D
}
};
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。
当一个结点生成一个新块时,它会在网络上散布这个块。- A$ @: v6 b* m: a$ z. K
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。
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 f0 ^7 A3 |& k6 U
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 = () => {) ^/ u8 t- t" J
var app = express();5 g2 x8 g7 i. G; W2 N) F4 s* l
app.use(bodyParser.json());
app.get('/blocks', (req, res) => res.send(JSON.stringify(blockchain)));2 M6 U9 N) ?( ?9 G7 D6 W
app.post('/mineBlock', (req, res) => {
var newBlock = generateNextBlock(req.body.data);
addBlock(newBlock);
broadcast(responseLatestMsg());
console.log('block added: ' + JSON.stringify(newBlock));
res.send();6 U1 v. Z$ N% f! y
});
app.get('/peers', (req, res) => {: ]( L( c$ u9 |3 c3 ]( G5 H ~
res.send(sockets.map(s => s._socket.remoteAddress + ':' + s._socket.remotePort));
});9 s5 Y% ?" V2 Y7 u
app.post('/addPeer', (req, res) => {
connectToPeers([req.body.peer]);8 i# U5 z! [% s: c, }/ {$ T5 Y0 {! p. v
res.send();% \; E w, c/ U W, W# N
});
app.listen(http_port, () => console.log('Listening http on port: ' + http_port));. J- m; {$ u+ ]/ ~
};
用户可以用下面的方法和节点互动:2 I& b0 r& ^) j
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peers7 w1 }/ K o0 `4 A6 p
下面这个Curl的例子就是最直接的控制节点的方法:# f+ D! g! T. K o' P \5 x
#get all blocks from the node, a2 C0 J. x* A* v
curl http://localhost:3001/blocks, T, W# y# U u* [9 W
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4 Z: i; m- `* S8 i; i* ~# T7 z
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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