Go语言开发区块链只需180行代码
< 返回列表时间: 2020-02-03来源:OSCHINA
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区块链开发用什么语言?通过本文你将使用 Go 语言开发自己的区块链(或者说用go语言搭建区块链)、理解哈希函数是如何保持区块链的完整性、掌握如何用Go语言编程创造并添加新的块、实现多个节点通过竞争生成块、通过浏览器来查看整个链、了解所有其他关于区块链的基础知识。
但是,文章中将不会涉及工作量证明算法(PoW)以及权益证明算法(PoS)这类的共识算法,同时为了让你更清楚得查看区块链以及块的添加,我们将网络交互的过程简化了,关于 P2P 网络比如“全网广播”这个过程等内容将在后续文章中补上。
开发环境
我们假设你已经具备一点 Go 语言的开发经验。在安装和配置 Go 开发环境后之后,我们还要获取以下一些依赖: ~$ go get github.com/davecgh/ go -spew/spew
spew 可以帮助我们在终端中中直接查看 struct 和 slice 这两种数据结构。 ~$ go get github.com/gorilla/mux
Gorilla 的 mux 包非常流行, 我们用它来写 web handler。 ~$ go get github.com/joho/godotenv
godotenv 可以帮助我们读取项目根目录中的 .env 配置文件,这样就不用将 http端口之类的配置硬编码进代码中了。比如像这样: ADDR = 8080
接下来,我们创建一个 main.go 文件。之后的大部分工作都围绕这个文件,开始写代码吧!
导入依赖包
我们将所有的依赖包以声明的方式导入进去: package main import ( "crypto/sha256" "encoding/hex" "encoding/json" "io" "log" "net/http" "os" "time" "github.com/davecgh/go-spew/spew" "github.com/gorilla/mux" "github.com/joho/godotenv" )
数据模型
接着我们来定义一个结构体,它代表组成区块链的每一个块的数据模型: type Block struct { Index int Timestamp string BPM int Hash string PrevHash string } Index 是这个块在整个链中的位置 Timestamp 显而易见就是块生成时的时间戳 Hash 是这个块通过 SHA256 算法生成的散列值 PrevHash 代表前一个块的 SHA256 散列值 BPM 每分钟心跳数,也就是心率
接着,我们再定义一个结构表示整个链,最简单的表示形式就是一个 Block 的 slice: var Blockchain [] Block
我们使用散列算法(SHA256)来确定和维护链中块和块正确的顺序,确保每一个块的 PrevHash 值等于前一个块中的 Hash 值,这样就以正确的块顺序构建出链:

散列和生成新块
我们为什么需要散列?主要是两个原因: 在节省空间的前提下去唯一标识数据。散列是用整个块的数据计算得出,在我们的例子中,将整个块的数据通过 SHA256 计算成一个定长不可伪造的字符串。 维持链的完整性。通过存储前一个块的散列值,我们就能够确保每个块在链中的正确顺序。任何对数据的篡改都将改变散列值,同时也就破坏了链。以我们从事的医疗健康领域为例,比如有一个恶意的第三方为了调整“人寿险”的价格,而修改了一个或若干个块中的代表不健康的 BPM 值,那么整个链都变得不可信了。
我们接着写一个函数,用来计算给定的数据的 SHA256 散列值: func calculateHash ( block Block ) string { record := string (block.Index) + block.Timestamp + string (block.BPM) + block.PrevHash h := sha256. New () h. Write ([]byte(record)) hashed := h. Sum (nil) return hex. EncodeToString (hashed) }
这个 calculateHash 函数接受一个块,通过块中的 Index,Timestamp,BPM,以及 PrevHash 值来计算出 SHA256 散列值。接下来我们就能编写一个生成块的函数: func generateBlock (oldBlock Block, BPM int ) (Block, error) { var newBlock Block t := time.Now() newBlock.Index = oldBlock.Index + 1 newBlock.Timestamp = t.String() newBlock.BPM = BPM newBlock.PrevHash = oldBlock.Hash newBlock.Hash = calculateHash(newBlock) return newBlock, nil }
其中,Index 是从给定的前一块的 Index 递增得出,时间戳是直接通过 time.Now() 函数来获得的,Hash 值通过前面的 calculateHash 函数计算得出,PrevHash 则是给定的前一个块的 Hash 值。
校验块
搞定了块的生成,接下来我们需要有函数帮我们判断一个块是否有被篡改。检查 Index 来看这个块是否正确得递增,检查 PrevHash 与前一个块的 Hash 是否一致,再来通过 calculateHash 检查当前块的 Hash 值是否正确。通过这几步我们就能写出一个校验函数: func isBlockValid (newBlock, oldBlock Block) bool { if oldBlock.Index+ 1 != newBlock.Index { return false } if oldBlock.Hash != newBlock.PrevHash { return false } if calculateHash(newBlock) != newBlock.Hash { return false } return true }
除了校验块以外,我们还会遇到一个问题:两个节点都生成块并添加到各自的链上,那我们应该以谁为准?这里的细节我们留到下一篇文章,
这里先让我们记住一个原则:始终选择最长的链:

通常来说,更长的链表示它的数据(状态)是更新的,所以我们需要一个函数能帮我们将本地的过期的链切换成最新的链: func replaceChain (newBlocks []Block) { if len (newBlocks) > len (Blockchain) { Blockchain = newBlocks } }
到这一步,我们基本就把所有重要的函数完成了。接下来,我们需要一个方便直观的方式来查看我们的链,包括数据及状态。通过浏览器查看 web 页面可能是最合适的方式!
Web 服务
我猜你一定对传统的 web 服务及开发非常熟悉,所以这部分你肯定一看就会。
借助 Gorilla/mux 包,我们先写一个函数来初始化我们的 web 服务: func run () error { mux := makeMuxRouter() httpAddr := os.Getenv( "ADDR" ) log.Println( "Listening on " , os.Getenv( "ADDR" )) s := &http.Server{ Addr: ":" + httpAddr, Handler: mux, ReadTimeout: 10 * time.Second, WriteTimeout: 10 * time.Second, MaxHeaderBytes: 1 << 20 , } if err := s.ListenAndServe(); err != nil { return err } return nil }
其中的端口号是通过前面提到的 .env 来获得,再添加一些基本的配置参数,这个 web 服务就已经可以 listen and serve 了!
接下来我们再来定义不同 endpoint 以及对应的 handler。例如,对“/”的 GET 请求我们可以查看整个链,“/”的 POST 请求可以创建块。 func makeMuxRouter() http.Handler { muxRouter := mux.NewRouter() muxRouter.HandleFunc( "/" , handleGetBlockchain).Methods( " GET " ) muxRouter.HandleFunc( "/" , handleWriteBlock).Methods( " POST " ) return muxRouter }
GET 请求的 handler: func handleGetBlockchain (w http.ResponseWriter, r *http.Request) { bytes, err := json.MarshalIndent(Blockchain, "" , " " ) if err != nil { http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError) return } io.WriteString(w, string (bytes)) }
为了简化,我们直接以 JSON 格式返回整个链,你可以在浏览器中访问 localhost:8080 或者 127.0.0.1:8080 来查看(这里的8080就是你在 .env 中定义的端口号 ADDR)。
POST 请求的 handler 稍微有些复杂,我们先来定义一下 POST 请求的 payload: type Message struct { BPM int }
再看看 handler 的实现: func handleWriteBlock (w http.ResponseWriter, r *http.Request) { var m Message decoder := json.NewDecoder(r.Body) if err := decoder.Decode(&m); err != nil { respondWithJSON(w, r, http.StatusBadRequest, r.Body) return } defer r.Body.Close() newBlock, err := generateBlock(Blockchain[ len (Blockchain) -1 ], m.BPM) if err != nil { respondWithJSON(w, r, http.StatusInternalServerError, m) return } if isBlockValid(newBlock, Blockchain[ len (Blockchain) -1 ]) { newBlockchain := append (Blockchain, newBlock) replaceChain(newBlockchain) spew.Dump(Blockchain) } respondWithJSON(w, r, http.StatusCreated, newBlock) }
我们的 POST 请求体中可以使用上面定义的 payload,比如: { "BPM" : 75 }
还记得前面我们写的 generateBlock 这个函数吗?它接受一个“前一个块”参数,和一个 BPM 值。POST handler 接受请求后就能获得请求体中的 BPM 值,接着借助生成块的函数以及校验块的函数就能生成一个新的块了!
除此之外,你也可以: 使用spew.Dump 这个函数可以以非常美观和方便阅读的方式将 struct、slice 等数据打印在控制台里,方便我们调试。 测试 POST 请求时,可以使用 POSTMAN 这个 chrome 插件,相比 curl它更直观和方便。
POST 请求处理完之后,无论创建块成功与否,我们需要返回客户端一个响应: func respondWithJSON (w http.ResponseWriter, r *http.Request, code int , payload interface {}) { response, err := json.MarshalIndent(payload, "" , " " ) if err != nil { w.WriteHeader(http.StatusInternalServerError) w.Write([] byte ( "HTTP 500: Internal Server Error" )) return } w.WriteHeader(code) w.Write(response) }
快要大功告成了。
接下来,我们把这些关于区块链的函数,web 服务的函数“组装”起来: func main () { err := godotenv.Load() if err != nil { log.Fatal(err) } go func () { t := time.Now() genesisBlock := Block{ 0 , t.String(), 0 , "" , "" } spew.Dump(genesisBlock) Blockchain = append (Blockchain, genesisBlock) }() log.Fatal(run()) }
这里的 genesisBlock (创世块)是 main 函数中最重要的部分,通过它来初始化区块链,毕竟第一个块的 PrevHash 是空的。
哦耶!完成了
可以从这里获得完整的代码: Github repo
让我们来启动它: ~$ go run main. go
在终端中,我们可以看到 web 服务器启动的日志信息,并且打印出了创世块的信息:

接着我们打开浏览器,访问 localhost:8080 这个地址,我们可以看到页面中展示了当前整个区块链的信息(当然,目前只有一个创世块):

接着,我们再通过 POSTMAN 来发送一些 POST 请求:

刷新刚才的页面,现在的链中多了一些块,正是我们刚才生成的,同时你们可以看到,块的顺序和散列值都正确。

总结
刚刚我们完成了一个自己的区块链,虽然很简单(陋),但它具备块生成、散列计算、块校验等基本能力。接下来你就可以继续深入的学习
区块链的其他重要知识,比如工作量证明、权益证明这样的共识算法,或者是智能合约、Dapp、侧链等等。
目前这个实现中不包括任何 P2P 网络的内容,我们会在下一篇文章中补充这部分内容,当然,我们鼓励你在这个基础上自己实践一遍!
另外安利两个教程:1. 以太坊DApp开发入门实战 2. 以太坊区块链电商DApp实战
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