第一部分：基礎(chǔ)原型

簡(jiǎn)介

區(qū)塊鏈是二十一世紀(jì)最具革命性的技術(shù)之一，它正在不斷成熟，它的諸多潛力正在逐步實(shí)現(xiàn)中。本質(zhì)上來看，區(qū)塊鏈只不過是一個(gè)分布式的數(shù)據(jù)庫。之所以區(qū)塊鏈獨(dú)特，是因?yàn)樗⒉皇且粋€(gè)私有數(shù)據(jù)庫，而是一個(gè)公開的數(shù)據(jù)庫，即，每一個(gè)使用它的人擁有這個(gè)數(shù)據(jù)庫的全部或者至少一部分。任何一個(gè)新的數(shù)據(jù)記錄，只能在多數(shù)數(shù)據(jù)庫持有者（維護(hù)者）的多數(shù)同意之后被加入數(shù)據(jù)庫。正因如此，區(qū)塊鏈?zhǔn)沟眉用茇泿乓约爸悄芎霞s成為可能。

在這個(gè)系列文章中，我們將打造一個(gè)簡(jiǎn)化版本的加密貨幣，它將基于一個(gè)簡(jiǎn)化版本的區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)。

區(qū)塊（Block）

讓我們先從區(qū)塊開始。在區(qū)塊鏈里，價(jià)值信息存儲(chǔ)在區(qū)塊之中。比如，比特幣的區(qū)塊存儲(chǔ)交易記錄，而交易記錄是任何加密貨幣的核心。除此之外，區(qū)塊里還包含有技術(shù)信息，比如它的版本號(hào)，當(dāng)前的時(shí)間戳，以及上一個(gè)區(qū)塊的哈希（Hash）。

在這篇文章中，我們所實(shí)現(xiàn)的并不是像比特幣那樣完整的區(qū)塊鏈，而是一個(gè)簡(jiǎn)化版本的區(qū)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(dāng)前的時(shí)間戳（即，區(qū)塊被創(chuàng)建的時(shí)間），Data 是區(qū)塊中包含的價(jià)值信息，PrevBlockHash 存儲(chǔ)的是上一個(gè)區(qū)塊的哈希，而Hash 保存的是當(dāng)前區(qū)塊的哈希。在比特幣的標(biāo)配中，Timestamp、PrevBlockHash、Hash是區(qū)塊的頭部數(shù)據(jù)（Block headers），構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；而交易記錄（Transactions，在我們這個(gè)版本中就是 Data），是另外一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。而我們?cè)谶@里為了簡(jiǎn)化，把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)混在了一起。

那我們?nèi)绾斡?jì)算哈希呢？計(jì)算哈希的方式是區(qū)塊鏈的重要特征之一，也正是這個(gè)特性使得區(qū)塊鏈如此安全。關(guān)鍵在于，計(jì)算哈希是一個(gè)計(jì)算起來很困難的工作，它需要時(shí)間，哪怕是在很快的計(jì)算機(jī)上（這就是為什么人們要買比 CPU 計(jì)算能力更強(qiáng)悍 GPU 甚至專門的 ASIC 芯片做礦機(jī)的 原因）。這是故意如此設(shè)計(jì)的，這么做的結(jié)果是，往區(qū)塊鏈（數(shù)據(jù)庫）里添加新的區(qū)塊（數(shù)據(jù)）有一定的困難，以此保證一旦新的數(shù)據(jù)被加入，往后很難篡改。以后的文章里會(huì)進(jìn)一步討論并實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制。

現(xiàn)在呢，我們只需要罷區(qū)塊里的各個(gè)字段關(guān)聯(lián)起來，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算出一個(gè) SHA-256 哈希。讓我們調(diào)用一下 SetHash這個(gè)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(jù) Golang 的常用方式，我們將實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)，以便更簡(jiǎn)單地創(chuàng)建區(qū)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(jiǎn)單。

區(qū)塊鏈（Blockchain）

現(xiàn)在，讓我們來實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈。本質(zhì)上來看，區(qū)塊鏈只不過是一個(gè)特定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，它是一個(gè)有序的，反向鏈接的列表（back-linked list）。這就意味著說，區(qū)塊是按照插入的順序排列的，每個(gè)區(qū)塊都鏈接到上一個(gè)區(qū)塊。這樣的結(jié)構(gòu)，使得使用者可以很快地在區(qū)塊鏈中獲得最新的區(qū)塊，也可以很有效率地通過區(qū)塊的哈希獲得某個(gè)區(qū)塊。

在 Golang 中，這種結(jié)構(gòu)可以用數(shù)組（Array）與數(shù)圖（Map） 實(shí)現(xiàn)：數(shù)組用來維護(hù)有序哈希（在 Go 語言中，數(shù)組是有序的）；數(shù)圖（Map） 用來維護(hù) hash → block 對(duì)。不過，在我們的區(qū)塊鏈原型中，我們只需要數(shù)組就可以了，因?yàn)槲覀儠簳r(shí)不需要通過哈希獲取區(qū)塊。

type Blockchain struct {

blocks ［］*Block

}

這就是我們的第一個(gè)區(qū)塊鏈！我從來沒想到竟然會(huì)這么簡(jiǎn)單！

現(xiàn)在，我們要想辦法往區(qū)塊鏈里添加區(qū)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(qū)塊，我們需要一個(gè)已經(jīng)存在的區(qū)塊，可現(xiàn)在我們的區(qū)塊鏈里面沒有任何區(qū)塊！于是，在任何區(qū)塊鏈中，應(yīng)該至少有一個(gè)區(qū)塊，這第一個(gè)區(qū)塊，被稱為“創(chuàng)始?jí)K”（Genesis Block）。來，讓我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)方法去創(chuàng)建這個(gè)“創(chuàng)始?jí)K”：

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

}

現(xiàn)在我們就可以創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)，用來創(chuàng)建一個(gè)已含有“創(chuàng)始?jí)K”的區(qū)塊鏈了：

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

}

讓我們來看看這區(qū)塊鏈?zhǔn)欠衲苡茫?/p>

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(jié)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(jié)論

我們創(chuàng)建了一個(gè)極簡(jiǎn)的區(qū)塊鏈原型：它只不過是一個(gè)由區(qū)塊構(gòu)成的數(shù)組，每個(gè)區(qū)快鏈接指向上一個(gè)區(qū)塊。當(dāng)然，真正的區(qū)塊鏈遠(yuǎn)比這個(gè)復(fù)雜的多。在我們的區(qū)塊鏈里，添加一個(gè)新區(qū)塊非常快，非常容易；但是在真正的區(qū)塊鏈中添加一個(gè)新的區(qū)塊需要更多的工作：在獲得添加區(qū)塊的允許之前要做很繁重的計(jì)算才行（這個(gè)過程被稱為工“作證明機(jī)制”，即，“Proof-of-Work”，POW）。并且，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)沒有主權(quán)的分布式的數(shù)據(jù)庫。因此，任何一個(gè)新的區(qū)塊在被加入之前，必須經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)中其它參與者的確認(rèn)與允許（這個(gè)機(jī)制被稱為“共識(shí)機(jī)制”，“Consensus”）…… 還有，我們的區(qū)塊鏈里，還沒有任何交易記錄呢！