前言
注：文末有源码地址
"凡是可以用 JavaScript 来写的应用，最终都会用 JavaScript 来写。" ——Atwood定律
【本文重心】： 如何以最简代码打造一款区块链，基于NodeJS如何开发一款区块链公有链
本文将以解读源码的形式，让你有如下收获：
- 本文最终完成的效果是怎样的？
- 区块链中的区块是什么意思？
- 区块是如何构成区块链的？
- 最终实现上述功能的代码有多简洁？
- 如何基于NodeJS开发区块链？
最终效果
- 如果你想立即看到效果，请按照文末的实践步骤（仅需三步），你将基于NodeJS开发你的第一款区块链可视化的应用。
即： 每隔2秒，一个新的区块被挖出，并缀连到前一个区块的尾部，如此形成区块链，同时打印出来。
每隔2秒，一个区块被挖出来
- 如果你想了解如何从零开始，下面将带你手把手，一步一步实现上述效果
正文 - 源码详解
一. 区块链中的区块什么意思，如何创建一个区块？
class Block {
/**
* 构造函数
* @param {Number} height
* @param {String} previousHash
* @param {Number} timestamp
* @param {*} data
* @param {String} hash
*/
constructor(height, previousHash, timestamp, data, hash) {
this.height = height
this.previousHash = previousHash + ''
this.timestamp = timestamp
this.data = data
this.hash = hash + ''
}
//根据上一个区块生成下一个区块
static generateBlock(blockData, previousBlock) {
const nextHeight = previousBlock.height + 1;
const nextTimeStamp = new Date().getTime();
const nextHash = CryptoJS.SHA256(nextHeight + previousBlock.hash + nextTimeStamp + blockData) + '';
return new Block(nextHeight, previousBlock.hash, nextTimeStamp, blockData, nextHash);
}
}
如上所见，区块的数据结构主要由以下几个字段：
-
height: 当前这个区块的高度（所谓的高度，就是这个区块被挖出来的顺序，第一个，第二个...） -
previousHash: 前一个区块的hash（你可以简单认为hash就是一个类似身份证号的唯一识别码） -
timestamp: 即当前时间戳（用来指明当前高度的区块被挖出的时间） -
data: 区块除了上述区块头中的字段之外，在区块体中需要存放这一小段时间内该链上的事件/交易，这些事件/交易放在data字段中，当该区块被添加到区块链上之后，这些事件、交易就跟着区块被写入了区块链，从此具有了可追溯，不可篡改等特性 -
hash：即当前区块将所有的区块头和区块体的数据打包后，计算出的一个唯一识别码。
三. 上述生成的区块如何构成区块链的？
其实根据上述区块间缀连的关系，已经知道了区块通过hash前后相连，逐步形成了区块链。
下面通过源码解读，区块间如何通过hash相连，又有哪些需要注意的地方？
这就是一个区块链最简最朴实无华且枯燥的样子：
class BlockChain {
constructor() {
this.blocks = [];
}
}
现在我希望将一个有一个的区块逐步缀连到前一个区块上，即用previousHash字段指明前一区块是谁！那么问题来了，第一个区块的previousHash是什么？也就是第一个区块该跟在谁后面？此刻什么都没有，难道跟着上帝么？
没错！就是跟着上帝！即区块链中的上帝，也就是固化在源码中，所谓的创世区块：
getGenesisBlock() {
return new Block(0, '0', 1595490064640, 'GenesisBlock', '0000000000000000000d87bedef9550a014af9a3af74b791d84d049cc3ca85f4')
}
如上所见，创世区块做了这么几件事：
-
height： 将高度设定为0 -
previousHash: 将创世区块的前一hash置为0 -
timestamp: 取当前时间戳：1595490064640（即2020-08-03 18:00）） -
data: 区块的数据体中，目前就是朴实无华的一句话，你写什么都OK！ -
hash: 根据上述字段计算出来的一个唯一的识别码
现在有了创世区块了，那么接下来的第一个区块怎么生成呢？源码在此：
generateNextBlock(blockData) {
const previousBlock = this.getLatestBlock()
const nextIndex = previousBlock.height + 1
const nextTimeStamp = new Date().getTime()
const nextHash = this.calcuteHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimeStamp, blockData)
return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimeStamp, blockData, nextHash)
}
如上可见，后继区块使用到了前一区块的高度height和哈希值hash。
当区块链发现有一个新的区块被挖出，且需要添加到该链的尾部时，必须得验证该块是否合乎要求：
isValidNewBlock(newBlock, previousBlock) {
if(
!(newBlock instanceof Block) ||
!(previousBlock instanceof Block)
) {
return false
}
// 判断height
if(newBlock.height !== previousBlock.height + 1) {
return false
}
// 判断hash值
if(newBlock.previousHash !== previousBlock.hash) {
return false
}
// 计算新块的hash值是否符合规则
if(this.calcuteHash(newBlock.height, newBlock.previousHash, newBlock.timestamp, newBlock.data) !== newBlock.hash) {
return false
}
return true
}
由上可见，判断一个新区块能否被添加到该区块链的依据有如下四点：
- 当前挖出的新区块
newBlock和取出的上一区块previousBlock是否是合法的区块？ -
newBlock的高度，是否比previousBlock的高度刚好大1？ -
newblock的前一哈希:previousHash，是否刚好是previousBlock哈希:hash？ -
newBlock的hash是否是根据该区块的所有信息按固定规范加密生成的？
只有当上述几点全部满足，该新区块newBlock才能被加入该区块链，否则该区块将成为垃圾区块，游离于三界之外！
在判定区块合法之后，现在将其加入区块链：
addBlock(newBlock) {
if(this.isValidNewBlock(newBlock, this.getLatestBlock())) {
this.blocks.push(newBlock)
return true
}
return false
}
就这样，第一个区块连到创世区块后面，第二个区块连到第一个区块后面，如此重复，由一个个区块构成的区块链就诞生了。
你可以发现，每个区块只能被添加到区块链的后面，而不能将某个区块从区块链中移除！
同时，每个区块的区块体中，写有一些事件/交易，随着区块被固定在区块链中，该区块中的数据也不会被更改。这就是区块链最典型的特性： 不可篡改。
引申（此段可暂时不看，不影响全文逻辑）
然而在实际过程中，有时会发生多个区块相连而成的区块链片段需要被添加到区块链，在此，请问：
- 如何校验该片段是否合法？
- 如何将其加入区块链？
答案如下，详见源码：
/**
* 判断新插入的区块链是否合法而且可以覆盖原来的节点
* @param {Array} newChain
*/
isValidNewChain(newChain) {
if(Array.isArray(newChain) === false || newChain.length === 0) {
return false
}
let newChainLength = newChain.length,
firstBlock = newChain[0]
// 硬编码的起源块不能改变
if(firstBlock.height === 0) {
return false
}
// 移植新的链的长度 <= 现有链的长度
// 新的链不可信
if(newChainLength + firstBlock.height <= this.blocks.length) {
return false
}
// 下面检查新的链能否移植
// 以及新的链的每个节点是否符合规则
if(!this.isValidNewBlock(firstBlock, this.blocks[firstBlock.height - 1])) {
return false
}
for(let i = 1; i < newChainLength; ++i) {
if(!this.isValidNewBlock(newChain[i], newChain[i - 1])) {
return false
}
}
return true
}
/**
* 插入新链表
* @param {Array} newChain
*/
addChain(newChain) {
if(this.isValidNewChain(newChain)) {
const height = newChain[0].height
this.blocks.splice(height)
this.blocks = this.blocks.concat(newChain)
return true
}
return false
}
获取完整源码: Github
快速上手/如何运行
- 下载源码:
git clone https://github.com/stevekeol/YunDang-Chain - 切换至对应目录，并安装依赖项:
cd yundang-chain/demo && npm install - 运行:
npm start
总结
本文仅以近乎于Demo的形式，最简的展示了：
- 何为
代码层面的区块链 - 如何以
最简代码打造区块链
作者简介
近期已提上日程的计划是打造一款 基于NodeJS的全节点公有链： YunDang-Chain。
我们将带你手把手实现它，参考 项目源码ReadMe，其中有个人微信和进群方式。
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