使用go语言实现简易版的区块链

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区块链概念

区块链（Blockchain），是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。（百度百科）

区块里的数据

// 块数据
type Block struct {
    Hash        string // 当前块的hash
    BlockNumber int64  // 当前块的高度，是递增的
    PreHash     string // 上个区块的hash
    Timestamp   int64  // 生成当前区块的高度
    Data        string // 区块交易(上链数据) 这里应该是slice，Data里会有很多笔的交易记录
}

其中hash和preHash是区块 “链”起来的关键。这里hash使用了sha256(所有的参数拼接成字符串)。

生成hash算法

hash具有唯一性，是区块的唯一标识。

// 生成hash
func generateHash(b Block) string {
    str := fmt.Sprintf("%d,%d,%s,%s", b.BlockNumber, b.Timestamp, b.PreHash, b.Data) // 简单的拼接。实际区块链生成hash比这要复杂的多
    hash := sha256.New()
    hash.Write([]byte(str))
    bytes := hash.Sum(nil)
    return hex.EncodeToString(bytes)
}

创世区块

创世块（Genesis Block）作为比特币区块链的第一个区块是设定为不可交易的。与其他包含交易的区块链中不同，创世纪区块不包含任何交易，该区块中的币也不能用于交易中。

// 创建创世区块
func genesisBlock() Block {
    b := Block{}
    b.BlockNumber = 0
    b.PreHash = ""
    b.Timestamp = time.Now().Unix()
    b.Data = ""
    b.Hash = generateHash(b)
    return b
}

生成区块

使用上个区块的数据，和当前区块的交易数据构建成新的区块数据。
注意，必须用上一个区块的哈希值来初始化本区块的previousHash，否则区块之间的联系就断了。
假如我们修改创世块的信息，那么所有的区块的hash值都会发生很大的变化，这就是为什么在区块上作弊是非常困难的一件事情。

// 创建区块
func generateBlock(oldBlock Block, data string) Block {
    var b Block
    b.BlockNumber = oldBlock.BlockNumber + 1
    b.PreHash = oldBlock.Hash
    b.Timestamp = time.Now().Unix()
    b.Data = data
    b.Hash = generateHash(b)
    return b
}

到这里所有关于区块的部分就已经结束了。接下来就是如何把这些区块给串起来，形成链式结构了。

区块的 “链”

我们创建的是一个非常简单基础的链，很显然，既然对于每个节点，我们都能计算出一个hash值，并且这个hash值是唯一的。那么们就可以通过块的hash值来定位到这个块的后一个节点是谁，因为我们每个块除了包含交易信息以外，还保存了上一个区块的hash值。
使用这些块组合在一起就成一个 链 就形成了 区块链。

// 区块"链"
type BlockChain struct {
    ChainData []Block
}

验证新增区块是否合法

通过上面的介绍，我们知道，块与块之间是通过 hash 来关联的，而块的高度是递增的。以及新增的块的数据，重新计算hash，判断和自身hash是否一致。
至此我们就能去验证新增的区块是否合法

// 数据区块数据是否合法
func (bc *BlockChain) verifyBlock(newBlock Block, oldBlock Block) bool {
    // 对比前后高度是否一致
    if newBlock.BlockNumber != oldBlock.BlockNumber+1 {
        return false
    }
    // 对比前后hash是否一致
    if newBlock.PreHash != oldBlock.Hash {
        return false
    }

    // 对比生成的hash是否一致
    if newBlock.Hash != generateHash(newBlock) {
        return false
    }
    return true
}

新 “块” 上链

拿到新的交易数据data，并对数据进行打包，得到newBlock, 并对新旧区块进行验证。

// 数据上链
func (bc *BlockChain) uploadChain(data string) bool {
    num := len(bc.ChainData)
    if num == 0 { // 还未产生块
        block := genesisBlock()
        bc.ChainData = append(bc.ChainData, block)
    } else {
        oldBlock := bc.ChainData[len(bc.ChainData)-1]
        var newBlock = generateBlock(oldBlock, data)
        if bc.verifyBlock(newBlock, oldBlock) {
            bc.ChainData = append(bc.ChainData, newBlock)
        } else {
            return false
        }
    }
    return true
}

打印出整个区块链的信息

// 输出区块数据记录
func (bc *BlockChain) getChainData() {
    for _, v := range bc.ChainData {
        fmt.Println("hash:", v.Hash)
        fmt.Println("blockNum:", v.BlockNumber)
        fmt.Println("timestamp:", v.Timestamp)
        fmt.Println("preHash:", v.PreHash)
        fmt.Println("data:", v.Data)
        fmt.Println("-----------------分割线------------------")
    }
}

测试

func TestBlockChain(t *testing.T) {
    blockchain := BlockChain{}
    for i := 0; i < 5; i++ {
        b := blockchain.uploadChain("上链数据:" + strconv.Itoa(i))
        if !b {
            fmt.Println("验证区块错误")
            return
        }
        time.Sleep(time.Second * 1)
    }
    // 打印链数据
    blockchain.getChainData()
}

输出结果：

=== RUN   TestBlockChain
hash: 266cd15c59789786be91873464938cb955ed24a1b5133742fccee6e964ae1bf2
blockNum: 0
timestamp: 1655955949
preHash: 
data: genesis block data
-----------------分割线------------------
hash: 9d9f8fe10611eaa153f22c2874fe97eef57fe6d581a94c2821e5f53ef252abba
blockNum: 1
timestamp: 1655955950
preHash: 266cd15c59789786be91873464938cb955ed24a1b5133742fccee6e964ae1bf2
data: 上链数据:1
-----------------分割线------------------
hash: fd6355fd343ed65300726002b7a17bc1edaeb904adff9661106158625f09d4df
blockNum: 2
timestamp: 1655955951
preHash: 9d9f8fe10611eaa153f22c2874fe97eef57fe6d581a94c2821e5f53ef252abba
data: 上链数据:2
-----------------分割线------------------
hash: a46b1e05464c191b7dab8d2d00048a926562f474b2bf6fe8ac313e9220c65165
blockNum: 3
timestamp: 1655955952
preHash: fd6355fd343ed65300726002b7a17bc1edaeb904adff9661106158625f09d4df
data: 上链数据:3
-----------------分割线------------------
hash: e782e286cc58e49525592e86c89fab3fbb0ccb160f8c674dc7a25070f77a2370
blockNum: 4
timestamp: 1655955953
preHash: a46b1e05464c191b7dab8d2d00048a926562f474b2bf6fe8ac313e9220c65165
data: 上链数据:4
-----------------分割线------------------