区块链初探

区块链

区块链分类

• 公有链：完全开放的区块链，是指任何人都可读取的、任何人都能发送交易且交易能获得有效确认的、全世界的人都可以参与系统维护工作，任何人都可以通过交易或挖矿读取和写入数据。例如比特币、以太坊、EOS。
• 私有链：写入权限仅面向某个组织或者特定少数对象的区块链。读取权限可以对外开放，或者进行任意程度地限制。
• 联盟链：共识机制由指定若干机构共同控制的区块链。

区块链要解决的问题：价值传递

传统价值传递是将交易双方认可的有用的物品进行交互转移，价值由转让方传递给受让方。但是在互联网世界，传递是基于数据复制的，转让方将数据传递给受让方后仍可以拥有数据拷贝。为了保证价值传递的有效性，需要一个第三方作为价值传递的“账本”，因此这个第三方的地位十分重要，对第三方安全性的担忧促生了区块链。在区块链世界中，每一笔交易都公开透明，不可篡改，区块链作为价值传递的第三方是可靠的，安全的。

区块链含义

区块链是一种特殊的分布式数据库，其主要作用是保存信息，任何数据都能进行保存并读取，任何人都能架设服务器加入区块链网络，成为一个节点，而每个节点都存储了所有数据，可以在任意节点读取和写入，所有节点都会同步保证区块链一致。区块链网络没有中心，没有管理员，通过区块链协议进行自管理。区块链只允许写入和查询，不允许修改和删除，具有可追溯性，去中心化避免了数据篡改，保证了数据的完整性和安全性。

区块链网络

区块链架构模型

区块链架构模型

区块链链式结构

区块链链式结构

Hash函数

Hash函数是一种将任意长度二进制数据映射为固定长度的二进制数据的算法。

• 确定性：同一输入重复计算的结果相同。
• 单向性：由Hash值反推数据很困难。
• 隐秘性：抗暴力破解。
• 抗篡改：数据的很小改动也会造成Hash结果的很大不同。
• 抗碰撞：两个不同数据块Hash值相同的可能性很小

使用Go语言提供区块链查询和写入API

定义区块结构及相关操作

package core

import (
    "crypto/sha256"
    "encoding/hex"
    "time"
)

type Block struct {
    Index     int64  // 区块编号
    Timestamp int64  // 区块时间戳
    PreHash   string // 上一个区块的Hash值
    Hash      string // 当前区块的Hash值
    Data      string // 区块数据
}

// 计算区块Hash，由前驱区块和本区块数据组成
func CalculateHash(block Block) string {
    blockData := string(block.Index) + string(block.Timestamp) + block.PreHash + block.Data
    hashBytes := sha256.Sum256([]byte(blockData))
    return hex.EncodeToString(hashBytes[:])
}

// 在前驱区块的基础上生成新区块
func GenerateNewBlock(preBlock Block, data string) Block {
    newBlock := Block{}
    newBlock.Index = preBlock.Index + 1
    newBlock.PreHash = preBlock.Hash
    newBlock.Timestamp = time.Now().Unix()
    newBlock.Data = data
    newBlock.Hash = CalculateHash(newBlock)
    return newBlock
}

// 生成创世区块
func GenerateGenesisBlock() Block {
    preBlock := Block{}
    preBlock.Index = -1
    preBlock.Hash = ""
    return GenerateNewBlock(preBlock, "Genesis Block")
}

定义区块链结构及相关操作

package core

import (
    "log"
    "fmt"
)

type BlockChain struct {
    Blocks []*Block
}

// 创建区块链
func NewBlockChain() *BlockChain {
    genesisBlock := GenerateGenesisBlock()
    blockChain := BlockChain{}
    blockChain.appendBlock(&genesisBlock)
    return &blockChain
}

// 保存数据，生成区块链新节点
func (blockChain *BlockChain) SaveData(data string) {
    preBlock := blockChain.Blocks[len(blockChain.Blocks)-1]
    newBlock := GenerateNewBlock(*preBlock, data)
    blockChain.appendBlock(&newBlock)
}

// 区块链中添加新区块
func (blockChain *BlockChain) appendBlock(newBlock *Block) {
    if len(blockChain.Blocks) == 0 {
        blockChain.Blocks = append(blockChain.Blocks, newBlock)
        return
    }
    if isValid(*newBlock, *blockChain.Blocks[len(blockChain.Blocks)-1]) {
        blockChain.Blocks = append(blockChain.Blocks, newBlock)
    } else {
        log.Fatal("invalid block")
    }
}

// 区块验证
func isValid(newBlock Block, oldBlock Block) bool {
    if newBlock.Index-1 != oldBlock.Index {
        return false
    }
    if newBlock.PreHash != oldBlock.Hash {
        return false
    }
    if CalculateHash(newBlock) != newBlock.Hash {
        return false
    }
    return true
}

// 打印block chain信息
func (blockChain *BlockChain) Print() {
    for _, block := range blockChain.Blocks {
        fmt.Printf("Index: %d\n", block.Index)
        fmt.Printf("PreHash: %s\n", block.PreHash)
        fmt.Printf("Hash: %s\n", block.Hash)
        fmt.Printf("Data: %s\n", block.Data)
        fmt.Printf("Timestamp: %d\n", block.Timestamp)
        fmt.Println()
    }
}

提供区块链查询和写入的HTTP服务

package server

import (
    "net/http"
    "blockchain/core"
    "encoding/json"
    "io"
)

var blockChain *core.BlockChain

// 初始化区块链
func init() {
    blockChain = core.NewBlockChain()
}

// 启动服务器
func Run() {
    http.HandleFunc("/blockChain/get", blockChainGetHandler)
    http.HandleFunc("/blockChain/write", blockChainWriteHandler)
    http.ListenAndServe("localhost:8888", nil)
}

// 查询请求处理器
func blockChainGetHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    // 将当前BlockChain转为Json数据
    bytes, e := json.Marshal(blockChain)
    if e != nil {
        // 处理转换错误
        http.Error(w, e.Error(), http.StatusInternalServerError)
        return
    }
    // 返回数据
    io.WriteString(w, string(bytes))
}

// 写入请求处理器
func blockChainWriteHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    data := r.URL.Query().Get("data")
    blockChain.SaveData(data)
    // 返回查询数据
    blockChainGetHandler(w, r)
}

访问服务

{
    "Blocks": [{
        "Index": 0,
        "Timestamp": 1530417943,
        "PreHash": "",
        "Hash": "90d7d6d9adc8a6dd4eca1e30d8c1a8556a8e3e508da81f30a9e520c2ee7124b0",
        "Data": "Genesis Block"
    }, {
        "Index": 1,
        "Timestamp": 1530418356,
        "PreHash": "90d7d6d9adc8a6dd4eca1e30d8c1a8556a8e3e508da81f30a9e520c2ee7124b0",
        "Hash": "834811dbd7cdabdc1bd302a83c32dc7ab642385e8d5d2c7b449274a8d93e99be",
        "Data": "send 1 BTC to wch"
    }, {
        "Index": 2,
        "Timestamp": 1530418403,
        "PreHash": "834811dbd7cdabdc1bd302a83c32dc7ab642385e8d5d2c7b449274a8d93e99be",
        "Hash": "40a9f1375b24782906fa36111d76772f1dfc06403f0786f3e3f5ea62b41babf7",
        "Data": "Send 1 EOS to wch"
    }]
}