Go语言200行写区块链源代码分析

Posted Go语言中文网

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Go语言200行写区块链源代码分析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

Github上有一个Repo，是一个使用Go语言（golang），不到200行代码写的区块链源代码，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

import (
    "crypto/sha256"
    "encoding/hex"
    "encoding/json"
    "io"
    "log"
    "net/http"
    "os"
    "strconv"
    "sync"
    "time"

    "github.com/davecgh/go-spew/spew"
    "github.com/gorilla/mux"
    "github.com/joho/godotenv"
)

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

gorilla/mux是一个web路由服务，可以很简单的帮我们构建web服务。

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。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

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。

// Block represents each 'item' in the blockchain
type Block struct {
    Index     int
    Timestamp string
    BPM       int
    Hash      string
    PrevHash  string
}

Block里包含几个字段：

  1. Index 就是Block的顺序索引

  2. Timestamp是生成Block的时间戳

  3. BPM，作者说代表心率，每分钟心跳数

  4. Hash是通过sha256生成的散列值，对整个Block数据的Hash

  5. PrevHash 上一个Block的Hash，这样区块才能连在一起构成区块链

有了区块Block了，那么区块链就非常好办了。

// Blockchain is a series of validated Blocks
var Blockchain []Block

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。

// SHA256 hasing
func calculateHash(block Block) string {
    record := strconv.Itoa(block.Index) + block.Timestamp + strconv.Itoa(block.BPM) + block.PrevHash
    h := sha256.New()
    h.Write([]byte(record))
    hashed := h.Sum(nil)
    return hex.EncodeToString(hashed)
}

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。

// create a new block using previous block's hash
func generateBlock(oldBlock Block, BPM int) Block {

    var newBlock Block

    t := time.Now()

    newBlock.Index = oldBlock.Index + 1
    newBlock.Timestamp = t.String()
    newBlock.BPM = BPM
    newBlock.PrevHash = oldBlock.Hash
    newBlock.Hash = calculateHash(newBlock)

    return newBlock
}

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。

// make sure block is valid by checking index, and comparing the hash of the previous block
func isBlockValid(newBlock, oldBlock Block) bool {
    if oldBlock.Index+1 != newBlock.Index {
        return false
    }

    if oldBlock.Hash != newBlock.PrevHash {
        return false
    }

    if calculateHash(newBlock) != newBlock.Hash {
        return false
    }

    return true
}

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。

// create handlers
func makeMuxRouter() http.Handler {
    muxRouter := mux.NewRouter()
    muxRouter.HandleFunc("/", handleGetBlockchain).Methods("GET")
    muxRouter.HandleFunc("/", handleWriteBlock).Methods("POST")
    return muxRouter
}

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。

func handleGetBlockchain(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    bytes, err := json.MarshalIndent(Blockchain, "", "  ")
    if err != nil {
        http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError)
        return
    }
    io.WriteString(w, string(bytes))
}

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 

'POST'方法通过handleWriteBlock函数实现，用于模拟区块的生成。

func handleWriteBlock(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    w.Header().Set("Content-Type", "application/json")

    //使用了一个Mesage结构体，更方便的存储BPM
    var msg Message

    //接收请求的数据信息,类似{"BPM":60}这样的格式
    decoder := json.NewDecoder(r.Body)
    if err := decoder.Decode(&msg); err != nil {
        respondWithJSON(w, r, http.StatusBadRequest, r.Body)
        return
    }
    defer r.Body.Close()

    //控制并发，生成区块链，并且校验
    mutex.Lock()
    prevBlock := Blockchain[len(Blockchain)-1]
    newBlock := generateBlock(prevBlock, msg.BPM)

    //校验区块链
    if isBlockValid(newBlock, prevBlock) {
        Blockchain = append(Blockchain, newBlock)
        spew.Dump(Blockchain)
    }
    mutex.Unlock()

    //返回新的区块信息
    respondWithJSON(w, r, http.StatusCreated, newBlock)

}

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

这个方法里有个Message结构体，主要是为了便于操作方便。

// Message takes incoming JSON payload for writing heart rate
type Message struct {
    BPM int
}

返回的JSON信息，也被抽取成了一个函数respondWithJSON，便于公用。

func respondWithJSON(w http.ResponseWriter, r *http.Request, code int, payload interface{}) {
    response, err := json.MarshalIndent(payload, "", "  ")
    if err != nil {
        w.WriteHeader(http.StatusInternalServerError)
        w.Write([]byte("HTTP 500: Internal Server Error"))
        return
    }
    w.WriteHeader(code)
    w.Write(response)
}

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。

// web server
func run() error {
    mux := makeMuxRouter()
    //从配置文件里读取监听的端口
    httpPort := os.Getenv("PORT")
    log.Println("HTTP Server Listening on port :", httpPort)
    s := &http.Server{
        Addr:           ":" + httpPort,
        Handler:        mux,
        ReadTimeout:    10 * time.Second,
        WriteTimeout:   10 * time.Second,
        MaxHeaderBytes: 1 << 20,
    }

    if err := s.ListenAndServe(); err != nil {
        return err
    }

    return nil
}

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。

//控制并发的锁
var mutex = &sync.Mutex{}

func main() {
    //加载env配置文件
    err := godotenv.Load()
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    //开启一个goroutine生成一个创世区块
    go func() {
        t := time.Now()
        genesisBlock := Block{}
        genesisBlock = Block{0, t.String(), 0, calculateHash(genesisBlock), ""}
        spew.Dump(genesisBlock)

        mutex.Lock()
        Blockchain = append(Blockchain, genesisBlock)
        mutex.Unlock()
    }()
    log.Fatal(run())

}

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。

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：

  1. sha256散列

  2. 字节到16进制转换

  3. 并发同步锁

  4. Web服务

  5. 配置文件

  6. 后向式链表

  7. 结构体

  8. JSON

  9. ……

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。



推荐阅读




学习交流 Go 语言，扫码回复「进群」即可


站长 polarisxu

自己的原创文章

不限于 Go 技术

职场和创业经验


Go语言中文网

每天为你

分享 Go 知识

Go爱好者值得关注


以上是关于Go语言200行写区块链源代码分析的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

200行go语言代码自建一个区块链 体验挖矿乐趣

200行Go代码实现自己的区块链——区块生成与网络通信

200行Go代码实现自己的区块链——区块生成与网络通信

只用200行Go代码写一个自己的区块链！

区块链基础语言——Go语言工程管理

用go语言撸一个简易版的区块链