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。$ e- c) h7 k& P9 e8 E7 u
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 ]. q. ^; ^6 x
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 {
constructor(index, previousHash, timestamp, data, hash) {# b0 b1 m! ?1 f- N1 m
this.index = index;: S' s6 w: X: M: ~; ]' l
this.previousHash = previousHash.toString();3 n! G! l z, ~) N* T
this.timestamp = timestamp;' y$ ^, F8 V- w1 N5 C. S; }
this.data = data;( f/ F0 _8 E+ a2 m8 X1 c* ~; j
this.hash = hash.toString();
}# m/ O7 X3 e$ L ~+ ?$ ?& j
}6 X+ p( _7 |4 u! J" h: J# H- [/ d
块哈希3 K3 E& ~/ D; B7 H* u
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) => {: ` |' n7 Q! }+ M, ~
return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();; ]& h, B, k# u+ B
};
块的生成$ Z: z' {2 @. D+ e
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)。9 E H$ A% _5 }& B Z- ]) H
块的data部分是由终端用户所提供的。JavaScript代码如下:" P' y' M' l, V
var generateNextBlock = (blockData) => {5 Y+ a0 u0 ?* ^' H" v1 L& \" X
var previousBlock = getLatestBlock();! y, x) Q. ~) M6 s6 N ~
var nextIndex = previousBlock.index + 1;
var nextTimestamp = new Date().getTime() / 1000;" x# M/ M+ W/ M+ f; @
var nextHash = calculateHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData);2 ]3 l4 C5 }! w( I6 `( G% F; f
return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData, nextHash);0 A8 ~/ o& L& U* G+ j) \
};
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 = () => {6 c) I9 ~& g4 }! U+ o$ c: M
return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");
};
var blockchain = [getGenesisBlock()];1 d) L( p4 E( @) I! w& j- v
确认块的完整性" M6 c. h$ L% T8 H3 y: x' j
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:, M% c7 H% o# }+ Y! Z1 J- ?
var isValidNewBlock = (newBlock, previousBlock) => {
if (previousBlock.index + 1 !== newBlock.index) {4 D i z6 w! m1 @
console.log('invalid index');
return false;6 k) e6 T1 D1 V1 `; g. B* L
} else if (previousBlock.hash !== newBlock.previousHash) {
console.log('invalid previoushash');
return false;
} else if (calculateHashForBlock(newBlock) !== newBlock.hash) {
console.log('invalid hash: ' + calculateHashForBlock(newBlock) + ' ' + newBlock.hash);
return false;5 q" F5 w/ I( X/ u3 ?& T3 ~
}
return true;
};( y5 _$ X b: e, @& [2 V& D" u% t
选择最长的区块链
7 R; {) Q3 I* d
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:: L: L+ U7 a: `
var replaceChain = (newBlocks) => {
if (isValidChain(newBlocks) && newBlocks.length > blockchain.length) {- b, \' j: G( Q+ ~% Y0 b
console.log('Received blockchain is valid. Replacing current blockchain with received blockchain');" p; d2 d' U% C$ P# A! q2 O, E1 m# Y
blockchain = newBlocks;
broadcast(responseLatestMsg());
} else {
console.log('Received blockchain invalid');7 P) f# k0 R. L" Z
}
};
与其他结点的通信& _. [- u$ N% [4 D5 K3 _2 Q
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。: J; K7 m: T! W; {9 p9 K" `/ Y/ W
当一个结点生成一个新块时,它会在网络上散布这个块。5 h& s( x4 B1 c' R6 } F
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。7 {7 X! w6 `, c7 h8 ?6 F$ @7 A- J
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 = () => {
var app = express();6 K2 s B1 T3 q
app.use(bodyParser.json());
app.get('/blocks', (req, res) => res.send(JSON.stringify(blockchain)));
app.post('/mineBlock', (req, res) => {, `/ ]4 I1 L, J
var newBlock = generateNextBlock(req.body.data);
addBlock(newBlock);
broadcast(responseLatestMsg());
console.log('block added: ' + JSON.stringify(newBlock));" `& f% p7 U' Y% ?" K. q7 x/ e
res.send();( N+ n1 ^/ G' z6 D* y
});
app.get('/peers', (req, res) => {: u' w: m; b) }: d$ t" ~8 t- C
res.send(sockets.map(s => s._socket.remoteAddress + ':' + s._socket.remotePort));
});
app.post('/addPeer', (req, res) => {
connectToPeers([req.body.peer]);, [2 E" q" w& _( E8 }; R- T* j- b# U
res.send();
});- ?) c3 }- a) K
app.listen(http_port, () => console.log('Listening http on port: ' + http_port));
};% G( n8 M* d' S8 `8 R5 R
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peers
+ _4 z) e# S% o! U1 y! Z
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 node
curl http://localhost:3001/blocks8 K \- Y/ V' S h. |6 w! |3 i
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)。$ q {+ ^. [# ?
总结
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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