使用Go构建区块链 第1部分：基本原型

Introduction

区块链是21世纪最具革命性的技术之一，至今仍在发展，很多潜力尚未完全实现。从本质上讲，区块链只是一个分布式数据库。但是它的独特之处在于它不是私人数据库，而是公共数据库，也就是说，使用它的每个人都有完整或部分数据副本。只有在数据库的其他管理员同意的情况下才能添加新记录。此外，正是由于区块链才使加密货币和智能合约成为可能。

在本系列文章中，我们将构建一个基于简单区块链实现的简化加密货币。

Block

让我们从“区块链”的“区块”部分开始。在区块链中，区块是用来存储有价值信息的。实际上，交易信息是所有加密货币的价值所在。除此之外，区块包含一些技术信息，如版本，当前时间戳和前一个块的哈希值。在本文中，我们不打算实现像比特币规范中描述的那种区块，而是将使用它的简化版本，它只包含重要信息。这是它的样子：

type Block struct {

Timestamp int64

Data []byte

PrevBlockHash []byte

Hash []byte

}

Timestamp字段是当前时间戳（创建区块时），Data字段是区块中包含的实际有价值的信息，PrevBlockHash字段存储前一个区块的哈希值，Hash字段是当前区块的哈希值。在比特币规范中Timestamp, PrevBlockHash, 和 Hash是块头，它形成一个单独的数据结构，Data是另一个数据结构。我们为了简单起见将它们混合在了一起。

那么我们如何计算哈希？哈希计算方法是区块链的一个非常重要的特征，正是这个特征使区块链变得安全。问题在于计算哈希是一个计算上很困难的操作，即使在快速计算机上也需要一些时间（这就是人们购买功能强大的GPU来挖掘比特币的原因）。这是一种有意的架构设计，这使得添加新的区块变得困难，从而防止它们在添加后进行修改。我们将在以后的文章中讨论并实现这种机制。

目前，我们仅取了 Block 结构的部分字段（Timestamp, Data 和 PrevBlockHash），并将它们相互拼接起来，然后在拼接后的结果上计算一个 SHA-256，然后就得到了哈希.

在 SetHash 方法中完成这些操作：

func (b *Block) SetHash() {

timestamp := []byte(strconv.FormatInt(b.Timestamp, 10))

headers := bytes.Join([][]byte{b.PrevBlockHash, b.Data, timestamp}, []byte{})

hash := sha256.Sum256(headers)

b.Hash = hash[:]

}

接下来，遵循Golang约定，我们将实现一个简化创建区块的函数：

func NewBlock(data string, prevBlockHash []byte) *Block {

block := &Block{time.Now().Unix(), []byte(data), prevBlockHash, []byte{}}

block.SetHash()

return block

}

这就是区块！

Blockchain

现在让我们实现一个区块链。从本质上讲，区块链只是一个具有特定结构的数据库：它是一个有序的反向链接列表。这意味着区块以插入顺序存储，并且每个区块都链接到前一个区块。这种结构允许快速获取链中的最新区块并通过其散列（有效地）获得区块。

在 Golang 中，可以通过一个 array 和 map 来实现这个结构：array 存储有序的哈希（Golang 中 array 是有序的），map 存储 hash -> block 对(Golang 中, map 是无序的)。 但是在基本的原型阶段，我们只用到了 array，因为现在还不需要通过哈希来获取区块。

type Blockchain struct {

blocks []*Block

}

这是我们的第一个区块链！我从没想过会这么容易?

现在让我们可以添加块：

func (bc *Blockchain) AddBlock(data string) {

prevBlock := bc.blocks[len(bc.blocks)-1]

newBlock := NewBlock(data, prevBlock.Hash)

bc.blocks = append(bc.blocks, newBlock)

}

结束！不过，就这样就完成了吗？

要添加新的区块，我们需要一个现有的区块，但是我们的区块链中没有区块！因此，在任何区块链中，必须至少有一个区块，这个区块，也就是链中的第一个区块，通常叫做创世区块（genesis block）. 让我们实现一个方法来创建创世区块：

func NewGenesisBlock() *Block {

return NewBlock("Genesis Block", []byte{})

}

现在，我们可以实现一个函数来创建有创世区块的区块链：

func NewBlockchain() *Blockchain {

return &Blockchain{[]*Block{NewGenesisBlock()}}

}

让我们检查下区块链是否正常工作：

func main() {

bc := NewBlockchain()

bc.AddBlock("Send 1 BTC to Ivan")

bc.AddBlock("Send 2 more BTC to Ivan")

for _, block := range bc.blocks {

fmt.Printf("Prev. hash: %x\n", block.PrevBlockHash)

fmt.Printf("Data: %s\n", block.Data)

fmt.Printf("Hash: %x\n", block.Hash)

fmt.Println()

}

}

Output:

Prev. hash:

Data: Genesis Block

Hash: aff955a50dc6cd2abfe81b8849eab15f99ed1dc333d38487024223b5fe0f1168

Prev.hash: aff955a50dc6cd2abfe81b8849eab15f99ed1dc333d38487024223b5fe0f1168

Data: Send 1 BTC to Ivan

Hash: d75ce22a840abb9b4e8fc3b60767c4ba3f46a0432d3ea15b71aef9fde6a314e1

Prev.hash: d75ce22a840abb9b4e8fc3b60767c4ba3f46a0432d3ea15b71aef9fde6a314e1

Data: Send 2 more BTC to Ivan

Hash: 561237522bb7fcfbccbc6fe0e98bbbde7427ffe01c6fb223f7562288ca2295d1

Conclusion

我们构建了一个非常简单的区块链原型：它只是一个区块数组，每个区块都与前一个区块连接。实际的区块链显然复杂得多。在我们的区块链中添加新区块很容易而且很快，但在实际区块链中添加新区块需要一些工作：在获得添加区块的权限之前必须执行一些繁重的计算（这种机制称为工作量证明）。此外，区块链是一个没有单一决策者的分布式数据库。因此，必须由网络的其他参与者确认和批准新的区块（该机制称为共识）。我们的区块链中还没有交

在以后的文章中，我们将介绍这些功能。

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