cpp 区块链模拟示例 序列化

Posted 2020-12-28 itdef

有了区块和区块链的基本结构，有了工作量证明，我们已经可以开始挖矿了。剩下就是最核心的功能-交易,但是在开始实现交易这一重大功能之前，我们还要预先做一些铺垫，比如数据的序列化和启动命令解析。

根据《用 Go 构建一个区块链》的目录， 本章节的区块数据的序列化存储会使用一款KV数据库。其中比特币中是使用的是谷歌出品、c++编写的 LevelDB数据库，go语言示例中使用的是BoltDB。

我本来考虑使用redis和json来进行我们的数据序列化存储。使用boost库的program_options 解析命令行参数。但是考虑代码过于复杂也许会偏离演示区块链的属性这一目的。最后进行了精简，最终的方案是舍去命令行参数解析，数据序列化改为使用map容器作为哈希与区块block指针的映射记录。

我们代替序列化的数据结构为map<string, Block*> g_db;

该结构是一个哈希值与区块指针的映射，由于每个区块的哈希值的都是独一无二的，一定程度上哈希就相当于KV数据库中KEY。

我们通过独一无二的哈希值可以快速的map容器中查找的到区块指针，这一过程与使用kv数据的增删改查接口是基本相同的。所以使用map能达到使用kv数据一样的演示效果。

一 创建区块链与加入创世块

让我们从 NewBlockchain 函数开始。在之前的实现中，它会创建一个新的 Blockchain 实例，并向其中加入创世块。而现在，我们希望它做的事情有

1. 创建创世块
2. 存储到map中
3. 将创世块哈希保存为最后一个块的哈希
4. 创建一个新的 Blockchain 实例，其 tip 指向创世块（tip 有尾部，尖端的意思，在这里 tip 存储的是最后一个块的哈希
   代码大概是这样：

 1 Blockchain* NewBlockchain() {
 2     string tip;
 3     Block* genesis = NewGenesisBlock();
 4     g_db[genesis->hash] = genesis;
 5     g_db["l"] = genesis;
 6     tip = genesis->hash;
 7 
 8     Blockchain* bc = new Blockchain{ tip, &g_db };
 9 
10     return bc;
11 }

我们创建了一个创世块，并且记录到全局map中，创始块哈希映射创始块的指针。 “l”字符串映射目前最后一个区块指针，恰好也是目前唯一的一个区块-创世块。 tp记录最后一个区块的哈希，也是目前唯一的一个区块-创世块的哈希

Blockchain 的结构现在看起来是这样：

typedef struct blockchain {
    string tip;
    map<string, Block*>* db;
}Blockchain;

接下来我们想要更新的是 AddBlock 方法：现在向链中加入区块，就不是像之前向一个数组中加入一个元素那么简单了。从现在开始，我们会将区块存储在数据库里面：

void AddBlock(string  data, Blockchain* bc) {
    string lastHash;

    Block* p = g_db["l"];
    if (p == NULL)
        return;
    lastHash = p->hash;

    Block* newBlock = NewBlock(data, lastHash);

    (*bc->db)[newBlock->hash] = newBlock;
    (*bc->db)["l"] = newBlock;

    bc->tip = newBlock->hash;
}

 

二检查区块链

现在，产生的所有块都会被保存到一个数据库里面，所以我们可以重新打开一个链，然后向里面加入新块。但是在实现这一点后，我们失去了之前一个非常好的特性：我们再也无法打印区块链的区块了，因为现在不是将区块存储在一个数组，而是放到了数据库里面。让我们来解决这个问题！

BoltDB 允许对一个 bucket 里面的所有 key 进行迭代，但是所有的 key 都以字节序进行存储，而且我们想要以区块能够进入区块链中的顺序进行打印。此外，因为我们不想将所有的块都加载到内存中（因为我们的区块链数据库可能很大！或者现在可以假装它可能很大），我们将会一个一个地读取它们。故而，我们需要一个区块链迭代器（BlockchainIterator）：

typedef struct blockchainiterator {
    string currentHash;
    map<string, Block*>* db;
}BlockchainIterator;

每当要对链中的块进行迭代时，我们就会创建一个迭代器，里面存储了当前迭代的块哈希（currentHash）和数据库的连接（db）。通过 db，迭代器逻辑上被附属到一个区块链上（这里的区块链指的是存储了一个数据库连接的 Blockchain 实例），并且通过 Blockchain 方法进行创建：

BlockchainIterator* Iterator(Blockchain* bc) {
    BlockchainIterator* bci = new BlockchainIterator{ bc->tip,bc->db };
    return bci;
}

注意，迭代器的初始状态为链中的 tip，因此区块将从头到尾，也就是从最新的到最旧的进行获取。实际上，选择一个 tip 就是意味着给一条链“投票”。一条链可能有多个分支，最长的那条链会被认为是主分支。在获得一个 tip （可以是链中的任意一个块）之后，我们就可以重新构造整条链，找到它的长度和需要构建它的工作。这同样也意味着，一个 tip 也就是区块链的一种标识符。

BlockchainIterator 只会做一件事情：返回链中的下一个块

Block* Next(BlockchainIterator* i){
    Block* block;
    if (i->currentHash == "")
        return NULL;
    block = (*i->db)[i->currentHash];
    i->currentHash = block->prevBlockHash;
    return block;
}

这就是数据库部分的内容了！

 

我们在main函数中测试创建区块链和添加区块 并且打印结果 代码如下

int main()
{
    Blockchain* bc = NewBlockchain();
    printChain(bc);

    AddBlock("Send 1 BTC to Ivan", bc);
    printChain(bc);

    AddBlock("Pay 0.31337 BTC for a coffee", bc);
    printChain(bc);

    return 0;
}

运行结果如下:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考博文：

https://blog.csdn.net/simple_the_best/article/details/78157303

https://jeiwan.cc/posts/building-blockchain-in-go-part-3/