200 行代码实现一个简单的区块链

区块链的基本概念很简单：一个分布式数据库，存储一个不断增长的列表，其中包含许多有序的记录。但是，总的来说，当我们谈论区块链时简单理解区块链，我们也会谈论区块链解决的问题，很容易将两者混淆。流行的比特币和以太坊等基于区块链的项目就是这种情况。 “区块链”一词通常与交易、智能合约和加密货币等概念密切相关。

这使得理解区块链变得不必要地复杂，尤其是当您想要理解源代码时。下面我将通过一个用200行JS实现的超级简单的区块链来帮助大家理解，我将这段代码命名为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，我们只选择最必要的部分：index（下标）、timestamp（时间戳）、data（数据）、hash（哈希值）和previoushash（之前的哈希值）。

前一个区块的哈希值必须在这个区块中找到，才能保证整个链的完整性。

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();
    }
}

区块哈希

为了保存完整的数据，必须对块进行哈希处理。 SHA-256会对区块的内容进行加密，记录这个值应该与“挖矿”无关，因为这里不需要解决工作量证明的问题。

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

区块生成

要生成一个区块，必须知道前一个区块的哈希值，然后创建其余所需的内容（=index,hash,dataandtimestamp）。区块的数据部分由最终用户提供。

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);
};

块的存储

内存中的 Javascript 数组用于存储区块链。区块链的第一个区块通常被称为“原始区块”并且是硬编码的。

var getGenesisBlock = () => {
    return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");
};
 
var blockchain = [getGenesisBlock()];

确认区块的完整性

在任何时候，都必须能够确认一个区块或整个区块链是否完整。当我们从其他节点收到新块并需要决定接受或拒绝它们时，这一点尤其重要。

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

在任何时候，链中都应该只有一组已定义的块。如果发生冲突（例如：当两个节点都生成块 72 时），将选择块数最多的链。

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');
    }
};

与其他节点的通信

节点的本质是与其他节点通信共享和同步区块链，以下规则可以保证网络同步。

图为节点遵循上述协议时出现的一些典型通信场景

我没有使用自动对等发现工具。必须手动添加对等点的位置（URL）。

节点控制

用户必须能够在一定程度上控制节点。这可以通过构建 HTTP 服务器来实现。

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));
};

用户可以通过以下方式与节点交互：

下面的Curl例子是控制节点最直接的方法：

#get all blocks from the node
curl http://localhost:3001/blocks

架构

需要注意的是简单理解区块链，节点实际上呈现了两个Web服务器：一个（HTTP服务器）是让用户控制节点，另一个（WebsocketHTTP服务器）。

NaiveChain 的主要组件

总结

创建NaiveChain的目的是为了演示和学习，因为它没有“挖矿”算法（PoSofPoW），不能在公共网络中使用，但它实现了区块链操作的基本特性。