NodeJS实现简易区块链
r8kao8k8
发表于 2023-1-2 20:25:20
121
0
0
之前由于课程要求,基于Nodejs做了一个实现简易区块链。要求非常简单,结构体记录区块结构,顺便能向链中插入新的区块即可。' X6 _! y& t; O! P! c0 h
但是如果要支持多用户使用,就需要考虑“可信度”的问题。那么按照区块链要求,链上的数据不能被篡改,除非算力超过除了攻击者本身之外其余所以机器的算力。
想了想,就动手做试试咯。
?查看全部教程 / 阅读原文?
技术调研1 q5 y1 r& p. b
在google上搜了搜,发现有个项目不错: https://github.com/lhartikk/naivechain 。大概只有200行,但是其中几十行都是关于搭建ws和http服务器,美中不足的是没有实现批量插入区块链和计算可信度。
结合这个项目,基本上可以确定每个区块会封装成一个class(结构化表示),区块链也封装成一个class,再对外暴露接口。& w4 W: i9 q2 E- g7 @0 f
区块定义* w' G( d; w# U& z/ V
为了方便表示区块,将其封装为一个class,它没有任何方法:( h9 b) q. c- a" V
/**
* 区块信息的结构化定义* p' e9 ^$ i9 h4 s5 C3 t+ f5 T
*// P( t u# x N4 Y
class Block {' n, @- Z: R) r0 r
/**7 |, v L6 z7 b' \
* 构造函数
* @param {Number} index : c) ]* y8 _7 o; `* `8 j
* @param {String} previousHash
* @param {Number} timestamp ' y5 }& u3 [' e8 I0 h$ u! v1 A
* @param {*} data
* @param {String} hash ( R. H* w7 }4 ` j: f
*/% M |' G2 Q" J* V& s
constructor(index, previousHash, timestamp, data, hash) {: L5 M9 ]" ?6 ?2 `
this.index = index // 区块的位置; C) U$ w8 |0 u/ ~
this.previousHash = previousHash + '' // 前一个区块的hash, R' ^$ {4 F3 j2 g" N; X/ a2 }
this.timestamp = timestamp // 生成区块时候的时间戳
this.data = data // 区块本身携带的数据
this.hash = hash + '' // 区块根据自身信息和规则生成的hash
} j( r) w& \, |
}& w) S. i: C! g
至于怎么生成hash,这里采用的规则比较简单:
拼接index、previouHash、timestamp和data,将其字符串化利用sha256算法,计算出的记过就是hash
为了方便,会引入一个加密库:1 Z8 G Q# s, L/ T' D& {8 Z5 C3 l2 h
const CryptoJS = require('crypto-js')
链结构定义0 V. N; r) q5 Q4 w9 l
很多区块链接在一起,就组成了一条链。这条链,也用class来表示。并且其中实现了很多方法:
按照加密规则生成hash插入新块和检查操作批量插入块和检查操作以及可信度计算9 l' q7 s3 n7 p- y, k( }& _5 t
1. 起源块2 Z+ H- F6 W7 @ c1 h
起源块是“硬编码”,因为它前面没数据呀。并且规定它不能被篡改,即不能强制覆盖。我们在构造函数中,直接将生成的起源块放入链中。
class BlockChain {2 W$ t2 j4 b9 X s) f
constructor() {
this.blocks = [this.getGenesisBlock()]: [ Z' A3 W3 q8 D
}# ^0 @, O* M0 B" g; ^0 R6 V6 ]
/**; r* H6 r/ [9 W3 C/ w5 C
* 创建区块链起源块, 此块是硬编码5 I* }& D/ e' v" v2 z' `: q5 J4 d
*/( k) _8 e* R# V8 ^2 v( |& c) T: R8 }
getGenesisBlock() {+ C& @( O* }6 K0 F
return new Block(0, '0', 1552801194452, 'genesis block', '810f9e854ade9bb8730d776ea02622b65c02b82ffa163ecfe4cb151a14412ed4')
}' J- V' b; t! H- ~. Y
}
2. 计算下一个区块
BlockChain对象可以根据当前链,自动计算下一个区块。并且与用户传来的区块信息比较,如果一样,说明合法,可以插入;否则,用户的区块就是非法的,不允许插入。
// 方法都是BlockChain对象方法1 R# b1 e$ y3 I, @% i
/**
* 根据信息计算hash值
*/
calcuteHash(index, previousHash, timestamp, data) {
return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data) + ''
}0 c- r) Q5 d) @$ ]
/**: P/ g: j/ B, P. ?3 \; K
* 得到区块链中最后一个块节点
*/2 ]% q' R2 `3 z7 [9 Z
getLatestBlock() {
return this.blocks[this.blocks.length - 1]. p; i: ?+ ~! Z$ b% f7 m5 }5 }9 B
}8 ]* A" `, d2 n5 I; i& w- ]! q* u
/**% W. x* v, t$ ~! U N
* 计算当前链表的下一个区块
* @param {*} blockData " A& f- M- P ?0 g
*/* U8 s! `8 a+ m# @2 p7 y- p
generateNextBlock(blockData) {. C' u+ i9 _8 S9 ]" g
const previousBlock = this.getLatestBlock(); P% Z; b4 J8 ^- l
const nextIndex = previousBlock.index + 1) H5 I8 U4 j: O$ _
const nextTimeStamp = new Date().getTime()& O$ |5 h. u( }6 _
const nextHash = this.calcuteHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimeStamp, blockData)
return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimeStamp, blockData, nextHash)
}
3. 插入区块
插入区块的时候,需要检查当前块是否合法,如果合法,那么插入并且返回true;否则返回false。6 \: j* @7 D7 H- n- d% l) {+ k
/**
* 向区块链添加新节点# n; x1 f; Q7 a7 Q; t, y) R( J
* @param {Block} newBlock : g9 P7 o7 ^* `- n# H
*/
addBlock(newBlock) {
// 合法区块
if(this.isValidNewBlock(newBlock, this.getLatestBlock())) {
this.blocks.push(newBlock)
return true 5 O3 S! q( D( C3 z* T
}
return false
}) t& g; P2 B6 P6 W9 J
检查的逻辑就就放在了 isValidNewBlock 方法中, 它主要完成3件事情:
判断新区块的index是否是递增的判断previousHash是否和前一个区块的hash相等判断新区块的hash是否按约束好的规则生成8 [8 M: H* D4 L! y- Z. k4 U9 i i
9 V1 m$ d, a" O$ C2 e
/**
* 判断新加入的块是否合法4 Y) l; w2 I3 u: E5 s- {3 D. v
* @param {Block} newBlock
* @param {Block} previousBlock 7 a; X) w! ]2 ?% ]4 P" E4 Q ?
*/0 w8 B( ^: n( i) n) O5 x
isValidNewBlock(newBlock, previousBlock) {/ U) V) l/ p: c# a3 q1 c) T
if(5 h3 k d% D0 z+ J$ Y% r! D+ e2 v
!(newBlock instanceof Block) ||% S$ {3 @8 t8 n; h& b
!(previousBlock instanceof Block), H" m+ D. ]0 o6 N+ p6 w
) {& N/ ]" t* O1 X, w
return false
}. v( Y( @4 o" E) R: u
// 判断index
if(newBlock.index !== previousBlock.index + 1) { 6 w) K/ W+ J& U
return false
}
// 判断hash值
if(newBlock.previousHash !== previousBlock.hash) { - z) B, X! E; x0 O' S) H
return false( j2 {+ q. Q: H; o
}
// 计算新块的hash值是否符合规则1 m+ A; d2 y A( ?4 x, b+ y3 s
if(this.calcuteHash(newBlock.index, newBlock.previousHash, newBlock.timestamp, newBlock.data) !== newBlock.hash) {
return false
}% E/ \, c$ U5 ^3 b8 D/ p! Y
return true
}7 n" _. u. H) @6 h$ O% d
4. 批量插入$ p0 Y9 [* w: k) H5 g" }" t
批量插入的逻辑比较复杂,比如当前链上有4个区块的下标是:0->1->2->3。除了起源块0不能被覆盖,当插入一条新的下标为“1->2->3->4”的链时候,就可以替换原来的区块。最终结果是:0->1->2->3->4。9 G, M9 V" o q$ q. X* ?
在下标index的处理上,假设还是上面的情况,如果传入的链的下标是从大于4的整数开始,显然无法拼接原来的区块链的下标,直接扔掉。
但是如何保证可信度呢?就是当新链(B链)替换原来的链(A链)后,生成新的链(C链)。如果 length© > length(A),那么即可覆盖要替换的部分。 这就保证了,只有在算力超过所有算力50%的时候,才能篡改这条链 。
插入新链的方法如下:( G! v3 i. V- I& @; T3 W7 e
/**
* 插入新链表
* @param {Array} newChain 9 N/ F/ `6 E, Q d2 x _1 s
*/
addChain(newChain) {
if(this.isValidNewChain(newChain)) {
const index = newChain[0].index
this.blocks.splice(index)
this.blocks = this.blocks.concat(newChain)
return true
}
return false
}
实现上面所述逻辑的方法如下:
/**
* 判断新插入的区块链是否合法而且可以覆盖原来的节点) o/ O Z3 A2 e. l$ h
* @param {Array} newChain
*/
isValidNewChain(newChain) {
if(Array.isArray(newChain) === false || newChain.length === 0) {
return false: d9 {* f: ?% p& D& V' l2 q
}+ b1 Q6 E# h6 @: B
let newChainLength = newChain.length,
firstBlock = newChain[0]! h' i! g/ V) k) o8 f
// 硬编码的起源块不能改变6 A! W1 J7 q: c+ c
if(firstBlock.index === 0) {
return false" }7 R8 p1 y, W
}( U9 A8 ~6 O, }: @
// 移植新的链的长度 . a7 K m/ z9 s4 W
5. 为什么需要批量插入?/ k5 _+ y# T! Q4 o/ ^
我当时很奇怪,为什么需要“批量插入”这个方法。后来想明白了(希望没想错)。假设服务器S,以及两个用户A与B。, k. N& @& z& R, B {. K
A与B同时拉取到已知链的数据,然后各自生成。A网速较快,但是算力低,就生成了1个区块,放入了S上。注意:此时S上的区块已经更新。$ Z- D+ f3 Q+ g: ]$ y2 V0 p5 m
而B比较惨了,它在本地生成了2个区块,但是受限于网速,只能等网速恢复了传入区块。这时候,按照规则,它是可以覆盖的(算力高嘛)。所以这种情况下,服务器S接受到B的2个区块,更新后的链长度是3(算上起源块),并且A的那个区块已经被覆盖了。
效果测试
虽然没有写服务器,但是还是模拟了上面讲述的第5种情况。代码在 test.js 文件中,直接run即可。看下效果截图吧:
红线上面就是先算出来的,红线下面就是被算力更高的客户端篡改后的区块链。具体模拟过程可以看代码,这里不再冗赘了。% `' Q, l% h. o& v4 A! K. d0 [
全部代码在都放在: https://github.com/dongyuanxin/node-blockchain
成为第一个吐槽的人