200行JS代码实现超级简单的区块链

市面上有一个关于区块链的白皮书,有200多页,实在太长看不下去,本文通过JavaScript源码实现一个简单的区块链框架,带你入门区块链的相关知识。

区块链的基本概念非常简单:一个分布式数据库维持不断增长的有序记录列表。然而当我们谈论区块链时,我们也会谈论我们用区块链所要解决的问题,这二者通常很容易弄混淆。流行的基于区块链的项目如比特币和以太坊就是这种情况 。术语“区块链”通常与交易、智能合约或加密货币等概念紧密相关。

这使得理解区块链是一项必然要艰巨的任务。特别是源码级别的理解。在这里,我将介绍一个使用200行代码实现的超级简单的区块链——NaiveChain。

块结构

第一个逻辑步骤是确定块结构。为了让事情尽可能简单,我们只包含最必要的:索引(index),时间戳(timestamp),数据(data),哈希(hash)和上一个哈希(previousHash)。

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class Block {
constructor(index, previousHash, timestamp, data, hash) {
this.index = index;
this.previousHash = previousHash.toString();
this.timestamp = timestamp;
this.data = data;
this.hash = hash.toString();
}
}

块哈希

该块需要被哈希运算以保持数据的完整性。SHA-256被用来做哈希算法处理块的内容。需要注意的是这个哈希与“挖矿” 无关,因为没有解决工作量证明(Proof Of Work )的问题。

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var calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {
return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();
};

创建块

要创建一个块,我们必须知道上一个块的哈希,并创建剩余的所需内容(=索引,哈希,数据和时间戳)。块数据是由终端用户提供。

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var generateNextBlock = (blockData) => {
var previousBlock = getLatestBlock();
var nextIndex = previousBlock.index + 1;
var nextTimestamp = new Date().getTime() / 1000;
var nextHash = calculateHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData);
return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData, nextHash);
};

存储块

内存中的Javascript数组用于存储区块链。区块链的第一个区块也叫“创世纪块(译者著:genesis-block,区块链中的第一个块)”,它是直接写死的。

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var getGenesisBlock = () => {
return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "836536931c2b7154834da6afc567695e6831db8a981823784c18228abed5f4d7");
};

var blockchain = [getGenesisBlock()];

验证块的完整性

在任何时候,我们必须能够验证块或区块链的完整性。特别是当我们从其他节点接收到新块时,并且必须决定是否接受它们。

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var isValidNewBlock = (newBlock, previousBlock) => {
if (previousBlock.index + 1 !== newBlock.index) {
console.log('invalid index');
return false;
} 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;
}
return true;
};

选择最长的链

任意时间,链中应始终只有一组块。如果发生冲突(例如下图中两个节点都生成id 为72的块),我们选择具有最长块数的链。

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var replaceChain = (newBlocks) => {
if (isValidChain(newBlocks) && newBlocks.length > blockchain.length) {
console.log('Received blockchain is valid. Replacing current blockchain with received blockchain');
blockchain = newBlocks;
broadcast(responseLatestMsg());
} else {
console.log('Received blockchain invalid');
}
};

与其他节点通信

一个节点的最重要的职能是与其他节点共享和同步区块链。以下规则用来保持网络同步。

  • 当一个节点产生一个新块时,它将它广播到网络
  • 当一个节点连接到一个新的节点时,它将查询最新的块
  • 当一个节点遇到一个索引大于当前已知块的块时,它会将该块添加到当前链中,或者查询完整的区块链。

我们暂未实现节点自动发现,必须手动添加对等点的位置(=URLs)。

控制节点

用户必须能够以某种方式控制节点。这是通过设置HTTP服务器完成的。

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var initHttpServer = () => {
var app = express();
app.use(bodyParser.json());

app.get('/blocks', (req, res) => res.send(JSON.stringify(blockchain)));
app.post('/mineBlock', (req, res) => {
var newBlock = generateNextBlock(req.body.data);
addBlock(newBlock);
broadcast(responseLatestMsg());
console.log('block added: ' + JSON.stringify(newBlock));
res.send();
});
app.get('/peers', (req, res) => {
res.send(sockets.map(s => s._socket.remoteAddress + ':' + s._socket.remotePort));
});
app.post('/addPeer', (req, res) => {
connectToPeers([req.body.peer]);
res.send();
});
app.listen(http_port, () => console.log('Listening http on port: ' + http_port));
};

如上所示,用户能够通过以下方式与节点交互:

  • 列出所有的块
  • 用用户给出的内容创建一个新块
  • 列出或添加节点
    控制节点最直接的方法是使用Curl:
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#get all blocks from the node
curl http://localhost:3001/blocks

架构

值得注意的是,一个节点实际上暴露了两个web服务器:一个用于控制节点(HTTP服务器),一个用于节点之间的点对点通信(Websocket HTTP服务器)。