用GO语言构建区块链——第1部分：基本原型

前言

区块链是21世纪最具革命性的技术之一，至今仍在成熟，潜力尚未完全实现。从本质上讲，区块链只是一个分布式记录数据库。但它的独特之处在于它不是私人数据库，而是公共数据库，即用它的每个人都有完整或部分副本。只有得到数据库其他管理员的同意，才能添加新记录。此外，由于区块链，使得加密货币和智能合约成为可能。

在本系列文章中，我们将实现一个简化版的区块链，基于它来构建简化版的加密货币。

块

让我们从“区块链”的“块”部分开始。在区块链中，存储有价值信息的是区块。例如，比特币块存储事务，这是任何加密货币的本质。除此之外，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，我们不打算实现一个如同比特币规范中描述的区块链，而是我们将使用一个简化版本的区块链，它只包含重要信息。这是它的样子：

Timestamp是当前时间戳，也就是区块创建的时间。

Data是区块存储的实际有价值的信息。

PrevBlockHash存储前一个块的哈希

我们这里的 TimestampPrevBlockHash, Hash，在比特币技术规范中属于区块头（block header），区块头是一个单独的数据结构。而交易，也就是这里的Data, 是另一个单独的数据结构。为了简便起见，我把这两个混合在了一起。

那么我们如何计算哈希？哈希是区块链非常重要的部分。正是这个特征使区块链变得安全。计算一个哈希是一个在计算上很困难的操作，即使在高速运行的计算机上也需要花费不少时间（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，使得添加新块很困难，从而防止它们在添加后难以再被修改。我们将在以后的文章中讨论并实现这种机制。

现在，我们将只获取块字段，连接它们，并在连接后的结果上计算SHA-256哈希值。我们在SetHash方法中这样做：

接下来，按照Golang约定，我们将实现一个简化块创建的函数：

这就是块！

区块链

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。这意味着块以插入的顺序进行存储，并且每个块都链接到前一个块。这种结构允许快速获取链中的最新块，并通过其散列（有效地）获得块。

在Golang中，这个结构可以通过使用array和map来实现：array将保持有序哈希（array在Go中有序排序），并且map将保持hash block对（map是无序的）。对于我们的区块链原型，我们只使用array，因为我们现在不需要通过哈希来获取块。

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：

完成了！？

未来要添加新块，我们需要一个现有的块，但是我们的区块链中没有块！因此，在任何区块链中，必须至少有一个区块，而链条中的第一个区块被叫做创世块。让我们实现一个创建创世块的方法：

现在，我们可以实现一个函数来创建有创世块的区块链：

让我们检查区块链是否正常工作：

输出：

结论

我们构建了一个非常简单的区块链原型：它只是一个块数组，每个块都与前一个块连接，实际的区块链虽然比这复杂得多。在我们的区块链中添加新块很容易并且快速，但在实际中在区块链中添加新块需要一些工作：在获得添加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并批准新的块（该机制称为共识）。我们的区块链中还没有交易！

在接下来的文章的我们将会介绍其他功能。