第一部分：基礎原型

簡介

區塊鏈是二十一世紀最具革命性的技術之一，它正在不斷成熟，它的諸多潛力正在逐步實現中。本質上來看，區塊鏈只不過是一個分布式的數據庫。之所以區塊鏈獨特，是因為它并不是一個私有數據庫，而是一個公開的數據庫，即，每一個使用它的人擁有這個數據庫的全部或者至少一部分。任何一個新的數據記錄，只能在多數數據庫持有者（維護者）的多數同意之后被加入數據庫。正因如此，區塊鏈使得加密貨幣以及智能合約成為可能。

在這個系列文章中，我們將打造一個簡化版本的加密貨幣，它將基于一個簡化版本的區塊鏈實現。

區塊（Block）

讓我們先從區塊開始。在區塊鏈里，價值信息存儲在區塊之中。比如，比特幣的區塊存儲交易記錄，而交易記錄是任何加密貨幣的核心。除此之外，區塊里還包含有技術信息，比如它的版本號，當前的時間戳，以及上一個區塊的哈希（Hash）。

在這篇文章中，我們所實現的并不是像比特幣那樣完整的區塊鏈，而是一個簡化版本的區塊鏈，它只含有最基本的核心信息。差不多是這樣：

type Block struct {

Timestamp int64

Data ［］byte

PrevBlockHash ［］byte

Hash ［］byte}

Timestamp 是當前的時間戳（即，區塊被創建的時間），Data 是區塊中包含的價值信息，PrevBlockHash 存儲的是上一個區塊的哈希，而Hash 保存的是當前區塊的哈希。在比特幣的標配中，Timestamp、PrevBlockHash、Hash是區塊的頭部數據（Block headers），構成一個單獨的數據結構；而交易記錄（Transactions，在我們這個版本中就是 Data），是另外一個單獨的數據結構。而我們在這里為了簡化，把數據結構混在了一起。

那我們如何計算哈希呢？計算哈希的方式是區塊鏈的重要特征之一，也正是這個特性使得區塊鏈如此安全。關鍵在于，計算哈希是一個計算起來很困難的工作，它需要時間，哪怕是在很快的計算機上（這就是為什么人們要買比 CPU 計算能力更強悍 GPU 甚至專門的 ASIC 芯片做礦機的 原因）。這是故意如此設計的，這么做的結果是，往區塊鏈（數據庫）里添加新的區塊（數據）有一定的困難，以此保證一旦新的數據被加入，往后很難篡改。以后的文章里會進一步討論并實現這個機制。

現在呢，我們只需要罷區塊里的各個字段關聯起來，并在此基礎上計算出一個 SHA-256 哈希。讓我們調用一下 SetHash這個方法：

func （b *Block） SetHash（） {

timestamp ：= ［］byte（strconv.FormatInt（b.Timestamp， 10））

headers ：= bytes.Join（［］［］byte{b.PrevBlockHash， b.Data， timestamp}， ［］byte{}）

hash ：= sha256.Sum256（headers）

b.Hash = hash［：］

}

接下來，依據 Golang 的常用方式，我們將實現一個函數，以便更簡單地創建區塊：

func NewBlock（data string， prevBlockHash ［］byte） *Block {

block ：= &Block{time.Now（）.Unix（）， ［］byte（data）， prevBlockHash， ［］byte{}}

block.SetHash（） return block

}

就這么簡單。

區塊鏈（Blockchain）

現在，讓我們來實現區塊鏈。本質上來看，區塊鏈只不過是一個特定結構的數據庫，它是一個有序的，反向鏈接的列表（back-linked list）。這就意味著說，區塊是按照插入的順序排列的，每個區塊都鏈接到上一個區塊。這樣的結構，使得使用者可以很快地在區塊鏈中獲得最新的區塊，也可以很有效率地通過區塊的哈希獲得某個區塊。

在 Golang 中，這種結構可以用數組（Array）與數圖（Map） 實現：數組用來維護有序哈希（在 Go 語言中，數組是有序的）；數圖（Map） 用來維護 hash → block 對。不過，在我們的區塊鏈原型中，我們只需要數組就可以了，因為我們暫時不需要通過哈希獲取區塊。

type Blockchain struct {

blocks ［］*Block

}

這就是我們的第一個區塊鏈！我從來沒想到竟然會這么簡單！

現在，我們要想辦法往區塊鏈里添加區塊了：

func （bc *Blockchain） AddBlock（data string） {

prevBlock ：= bc.blocks［len（bc.blocks）-1］

newBlock ：= NewBlock（data， prevBlock.Hash）

bc.blocks = append（bc.blocks， newBlock）

}

這就完事兒了？或者……？

為了添加新的區塊，我們需要一個已經存在的區塊，可現在我們的區塊鏈里面沒有任何區塊！于是，在任何區塊鏈中，應該至少有一個區塊，這第一個區塊，被稱為“創始塊”（Genesis Block）。來，讓我們實現一個方法去創建這個“創始塊”：

func NewGenesisBlock（） *Block { return NewBlock（“Genesis Block”， ［］byte{}）

}

現在我們就可以創建一個函數，用來創建一個已含有“創始塊”的區塊鏈了：

func NewBlockchain（） *Blockchain { return &Blockchain{［］*Block{NewGenesisBlock（）}}

}

讓我們來看看這區塊鏈是否能用？

func main（） {

bc ：= NewBlockchain（）

bc.AddBlock（“Send 1 BTC to Ivan”）

bc.AddBlock（“Send 2 more BTC to Ivan”） for _， block ：= range bc.blocks {

fmt.Printf（“Prev. hash： %x\n”， block.PrevBlockHash）

fmt.Printf（“Data： %s\n”， block.Data）

fmt.Printf（“Hash： %x\n”， block.Hash）

fmt.Println（）

}

}

輸出結果是：

Prev. hash：

Data： Genesis Block

Hash： aff955a50dc6cd2abfe81b8849eab15f99ed1dc333d38487024223b5fe0f1168

Prev. hash： aff955a50dc6cd2abfe81b8849eab15f99ed1dc333d38487024223b5fe0f1168

Data： Send 1 BTC to Ivan

Hash： d75ce22a840abb9b4e8fc3b60767c4ba3f46a0432d3ea15b71aef9fde6a314e1

Prev. hash： d75ce22a840abb9b4e8fc3b60767c4ba3f46a0432d3ea15b71aef9fde6a314e1

Data： Send 2 more BTC to Ivan

Hash： 561237522bb7fcfbccbc6fe0e98bbbde7427ffe01c6fb223f7562288ca2295d1

（竟然）完工！

結論

我們創建了一個極簡的區塊鏈原型：它只不過是一個由區塊構成的數組，每個區快鏈接指向上一個區塊。當然，真正的區塊鏈遠比這個復雜的多。在我們的區塊鏈里，添加一個新區塊非常快，非常容易；但是在真正的區塊鏈中添加一個新的區塊需要更多的工作：在獲得添加區塊的允許之前要做很繁重的計算才行（這個過程被稱為工“作證明機制”，即，“Proof-of-Work”，POW）。并且，區塊鏈是一個沒有主權的分布式的數據庫。因此，任何一個新的區塊在被加入之前，必須經過網絡中其它參與者的確認與允許（這個機制被稱為“共識機制”，“Consensus”）…… 還有，我們的區塊鏈里，還沒有任何交易記錄呢！