Go语言golang 200行写区块链源代码分析
Github上有一个Repo,是一个使用Go语言(golang),不到200行代码些的区块链源代码,准确的说是174行。原作者起了个名字是 Code your own blockchain in less than 200 lines of Go! 而且作者也为此写了一篇文章。 https://medium.com/@mycoralhealth/code-your-own-blockchain-in-less-than-200-lines-of-go-e296282bcffc
这篇文章是一个大概的思路和代码的实现,当然还有很多代码的逻辑没有涉及,所以我就针对这不到200行的代码进行一个分析,包含原文章里没有涉及到的知识点,对Go语言,区块链都会有一个更深的认识。
所有的源代码都在这里: https://github.com/nosequeldeebee/blockchain-tutorial/blob/master/main.go
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在源代码的开头,是作者引入的一些包,有标准的,也有第三方的。像sha256,hex这些标准包是为了sha-256编码用的,其他还有启动http服务,打印日志的log,并发控制的sync,时间戳的time。
第三方包有三个,其中两个我都详细介绍过,相信大家不会陌生。
go-spew
是一个变量结构体的调试利器,可以打印出变量结构体对应的数据和结构,调试非常方便,详细深入了解可以参考我这篇文章。Go语言经典库使用分析(八)| 变量数据结构调试利器 go-spew
gorilla/mux
是一个web路由服务,可以很简单的帮我们构建web服务。以前我深入分析过gorilla/handler,他们都是一家出产整体思路差不多,可以参考下。 Go语言经典库使用分析(三)| Gorilla Handlers 详细介绍 。
不过目前用gin的比较多,也推荐使用gin https://github.com/gin-gonic/gin。
godotenv
是一个读取配置文章的库,可以让我们读取.env
格式的配置文件,比如从配置文件里读取IP、PORT等新。不过目前配置文件还是推荐YAML和TOML,对应的第三方库是:
gopkg.in/yaml.v21 https://github.com/BurntSushi/toml
TOML是我的最爱。关于Go工具包管理等知识可以参考我这篇 Go语言实战笔记(一)| Go包管理
既然要写一个区块链,那么肯定的有一个区块的实体,我们通过golang的struct
来实现。
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Block
里包含几个字段:
- Index 就是Block的顺序索引
- Timestamp是生成Block的时间戳
- BPM,作者说代表心率,每分钟心跳数
- Hash是通过sha256生成的散列值,对整个Block数据的Hash
- PrevHash 上一个Block的Hash,这样区块才能连在一起构成区块链
这段代码涉及到的是Struct
的只是,具体可以参考我这篇文章Go语言实战笔记(七)| Go 类型
有了区块Block了,那么区块链就非常好办了。
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就是这么简单,一个Block数组就是一个区块链。区块链的构成关键在于Hash和PrevHash,通过他们一个个串联起来,就是一串Block,也就是区块链。因为相互之间通过Hash和PrevHash进行关联,所以整个链很难被篡改,链越长被篡改的成本越大,因为要把整个链全部改掉才能完成篡改的目的,这样的话,其他节点验证这次篡改肯定是不能通过的。
既然关键点在于Hash,所以我们要先算出来一个Block的数据的Hash,也就是对Block里的字段进行Hash,计算出一个唯一的Hash值。
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sha256
是golang内置的sha256的散列标准库,可以让我们很容易的生成对应数据的散列值。从源代码看,是把Block
的所有字段进行字符串拼接,然后通过sha256
进行散列,散列的数据再通过hex.EncodeToString
转换为16进制的字符串,这样就得到了我们常见的sha256
散列值,类似这样的字符串8d969eef6ecad3c29a3a629280e686cf0c3f5d5a86aff3ca12020c923adc6c92
。
Block的散列值被我们计算出来了,Block的Hash和PrevHash这两个字段搞定了,那么我们现在就可以生成一个区块了,因为其他几个字段都是可以自动生成的。
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因为区块链是顺序相连的,所以我们在生成一个新的区块的时候,必须知道上一个区块,也就是源代码里的oldBlock
。另外一个参数BPM
就是我们需要在区块里存储的数据信息了,这里作者演示的例子是心率,我们可以换成其他业务中想要的数据。
Index
是上一个区块的Index+1
,保持顺序;Timestamp
通过time.Now()
可以得到;Hash通过calculateHash
方法计算出来。这样我们就生成了一个新的区块。
在这里作者并没有使用POW(工作量证明)这类算法来生成区块,而是没有任何条件的,这里主要是为了模拟区块的生成,演示方便。
区块可以生成了,但是生成的区块是否可信,我们还得对他进行校验,不能随便生成一个区块。在比特币(BitCoin)中校验比较复杂,这里作者采用了简单模拟的方式。
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简单的对比Index
,Hash
是否是正确的,并且重新计算了一遍Hash
,防止被篡改。
到了这里,关于区块链的代码已经全部完成了,剩下的就是把区块链的生成、查看等包装成一个Web服务,可以通过API、浏览器访问查看。因为作者这里没有实现P2P网络,所以采用的是WEB服务的方式。
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通过mux
定义了两个Handler,URL都是/
,但是对应的Method
是不一样的。
GET
方法通过handleGetBlockchain
函数实现,用于获取区块链的信息。
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Blockchain
是一个[]Block
,handleGetBlockchain
函数的作用是把Blockchain
格式化为JSON字符串,然后显示出来。io.WriteString
是一个很好用的函数,可以往Writer
里写入字符串。更多参考 Go语言实战笔记(十九)| Go Writer 和 Reader
‘POST’方法通过handleWriteBlock
函数实现,用于模拟区块的生成。
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以上代码我进行了注释,便于理解。主要是通过POST发送一个{"BPM":60}
格式的BODY来添加区块,如果格式正确,那么就生成区块进行校验,合格了就加入到区块里;如果格式不对,那么返回错误信息。
用于控制并发的锁可以参考Go语言实战笔记(十七)| Go 读写锁
这个方法里有个Message
结构体,主要是为了便于操作方便。
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返回的JSON信息,也被抽取成了一个函数respondWithJSON
,便于公用。
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好了,快完成了,以上Web的Handler已经好了,现在我们要启动我们的Web服务了。
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和原生的http.Server
基本一样,应该比较好理解。mux其实也是一个Handler,这就是整个Handler处理链。现在我们就差一个main
主函数来启动我们整个程序了。
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整个main
函数并不太复杂,主要就是加载env配置文件,开启一个go协程生成一个创世区块并且添加到区块链的第一个位置,然后就是通过run
函数启动Web服务。
然和一个区块链都有一个创世区块,也就是第一个区块。有了第一个区块我们才能添加第二个,第三个,第N个区块。创世区块因为是第一个区块,所以它是没有PrevHash
的。
终于可以运行了,假设我们设置的PORT是8080,现在我们通过go run main.go
启动这个简易的区块链程序,就可以看到控制台输出的创世区块信息。然后我们通过浏览器打开http://localhost:8080
也可以看到这个区块链的信息,里面只有一个创世区块。
如果我们要新增一个区块,通过curl或者postman,向http://localhost:8080
发送body格式为{"BPM":60}
的POST的信息即可。然后在通过浏览器访问http://localhost:8080
查看区块链信息,验证是否已经添加成功。
到这里,整个源代码的分析已经完了,我们看下这个简易的区块链涉及到多少知识:
- sha256散列
- 字节到16进制转换
- 并发同步锁
- Web服务
- 配置文件
- 后向式链表
- 结构体
- JSON
- ……
等等,上面的很多知识,我已经在文章中讲解或者通过以前些的文章说明,大家可以看一下,详细了解。
区块链作为一个新的分布式数据存储技术,在追踪,信用,防篡改等方便肯定可以发挥更大的作用,当然这也是一个不错的机会,这里推荐基本不错的书籍,可以更好的了解和深入学习区块链。
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