最簡區塊鏈Demo | 基於NodeJS實現移動端區塊鏈公有鏈

前言

注：文末有源碼地址

"凡是可以用 JavaScript 來寫的應用，最終都會用 JavaScript 來寫。" ——Atwood定律

【本文重心】： 如何以最簡代碼打造一款區塊鏈，基於NodeJS如何開發一款區塊鏈公有鏈

本文將以解讀源碼的形式，讓你有如下收獲：

• 本文最終完成的效果是怎樣的？
• 區塊鏈中的區塊是什么意思？
• 區塊是如何構成區塊鏈的？
• 最終實現上述功能的代碼有多簡潔？
• 如何基於NodeJS開發區塊鏈？

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最終效果

1. 如果你想立即看到效果，請按照文末的實踐步驟（僅需三步），你將基於NodeJS開發你的第一款區塊鏈可視化的應用。

即： 每隔2秒，一個新的區塊被挖出，並綴連到前一個區塊的尾部，如此形成區塊鏈，同時打印出來。

 

每隔2秒，一個區塊被挖出來

 

2. 如果你想了解如何從零開始，下面將帶你手把手，一步一步實現上述效果

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正文 - 源碼詳解

一. 區塊鏈中的區塊什么意思，如何創建一個區塊？

class Block {
  /**
   * 構造函數
   * @param {Number} height 
   * @param {String} previousHash 
   * @param {Number} timestamp 
   * @param {*} data 
   * @param {String} hash 
   */
  constructor(height, previousHash, timestamp, data, hash) {
    this.height = height
    this.previousHash = previousHash + ''
    this.timestamp = timestamp
    this.data = data
    this.hash = hash + ''
  }

  //根據上一個區塊生成下一個區塊
  static generateBlock(blockData, previousBlock) {
    const nextHeight = previousBlock.height + 1;
    const nextTimeStamp = new Date().getTime();
    const nextHash = CryptoJS.SHA256(nextHeight + previousBlock.hash + nextTimeStamp + blockData) + ''; 
    return new Block(nextHeight, previousBlock.hash, nextTimeStamp, blockData, nextHash);    
  }
}

如上所見，區塊的數據結構主要由以下幾個字段：

• height : 當前這個區塊的高度（所謂的高度，就是這個區塊被挖出來的順序，第一個，第二個...）
• previousHash: 前一個區塊的hash（你可以簡單認為hash就是一個類似身份證號的唯一識別碼）
• timestamp: 即當前時間戳（用來指明當前高度的區塊被挖出的時間）
• data: 區塊除了上述區塊頭中的字段之外，在區塊體中需要存放這一小段時間內該鏈上的事件/交易，這些事件/交易放在data字段中，當該區塊被添加到區塊鏈上之后，這些事件、交易就跟着區塊被寫入了區塊鏈，從此具有了可追溯，不可篡改等特性
• hash：即當前區塊將所有的區塊頭和區塊體的數據打包后，計算出的一個唯一識別碼。

三. 上述生成的區塊如何構成區塊鏈的？

其實根據上述區塊間綴連的關系，已經知道了區塊通過hash前后相連，逐步形成了區塊鏈。

下面通過源碼解讀，區塊間如何通過hash相連，又有哪些需要注意的地方？

這就是一個區塊鏈最簡最朴實無華且枯燥的樣子：

class BlockChain { constructor() { this.blocks = []; } } 

現在我希望將一個有一個的區塊逐步綴連到前一個區塊上，即用previousHash字段指明前一區塊是誰！那么問題來了，第一個區塊的previousHash是什么？也就是第一個區塊該跟在誰后面？此刻什么都沒有，難道跟着上帝么？

沒錯！就是跟着上帝！即區塊鏈中的上帝，也就是固化在源碼中，所謂的創世區塊：

  getGenesisBlock() { return new Block(0, '0', 1595490064640, 'GenesisBlock', '0000000000000000000d87bedef9550a014af9a3af74b791d84d049cc3ca85f4') } 

如上所見，創世區塊做了這么幾件事：

• height： 將高度設定為0
• previousHash: 將創世區塊的前一hash置為0
• timestamp: 取當前時間戳：1595490064640（即2020-08-03 18:00））
• data: 區塊的數據體中，目前就是朴實無華的一句話，你寫什么都OK！
• hash: 根據上述字段計算出來的一個唯一的識別碼

現在有了創世區塊了，那么接下來的第一個區塊怎么生成呢？源碼在此：

  generateNextBlock(blockData) { const previousBlock = this.getLatestBlock() const nextIndex = previousBlock.height + 1 const nextTimeStamp = new Date().getTime() const nextHash = this.calcuteHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimeStamp, blockData) return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimeStamp, blockData, nextHash) } 

如上可見，后繼區塊使用到了前一區塊的高度height和哈希值hash。

當區塊鏈發現有一個新的區塊被挖出，且需要添加到該鏈的尾部時，必須得驗證該塊是否合乎要求：

  isValidNewBlock(newBlock, previousBlock) { if( !(newBlock instanceof Block) || !(previousBlock instanceof Block) ) { return false } // 判斷height if(newBlock.height !== previousBlock.height + 1) { return false } // 判斷hash值 if(newBlock.previousHash !== previousBlock.hash) { return false } // 計算新塊的hash值是否符合規則 if(this.calcuteHash(newBlock.height, newBlock.previousHash, newBlock.timestamp, newBlock.data) !== newBlock.hash) { return false } return true } 

由上可見，判斷一個新區塊能否被添加到該區塊鏈的依據有如下四點：

• 當前挖出的新區塊newBlock和取出的上一區塊previousBlock是否是合法的區塊？
• newBlock的高度，是否比previousBlock的高度剛好大1？
• newblock的前一哈希: previousHash，是否剛好是previousBlock哈希: hash？
• newBlock的hash是否是根據該區塊的所有信息按固定規范加密生成的？

只有當上述幾點全部滿足，該新區塊newBlock才能被加入該區塊鏈，否則該區塊將成為垃圾區塊，游離於三界之外！

在判定區塊合法之后，現在將其加入區塊鏈：

  addBlock(newBlock) { if(this.isValidNewBlock(newBlock, this.getLatestBlock())) { this.blocks.push(newBlock) return true } return false } 

就這樣，第一個區塊連到創世區塊后面，第二個區塊連到第一個區塊后面，如此重復，由一個個區塊構成的區塊鏈就誕生了。

你可以發現，每個區塊只能被添加到區塊鏈的后面，而不能將某個區塊從區塊鏈中移除！

同時，每個區塊的區塊體中，寫有一些事件/交易，隨着區塊被固定在區塊鏈中，該區塊中的數據也不會被更改。這就是區塊鏈最典型的特性： 不可篡改。

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引申（此段可暫時不看，不影響全文邏輯）

然而在實際過程中，有時會發生多個區塊相連而成的區塊鏈片段需要被添加到區塊鏈，在此，請問：

• 如何校驗該片段是否合法？
• 如何將其加入區塊鏈？

答案如下，詳見源碼：

/** * 判斷新插入的區塊鏈是否合法而且可以覆蓋原來的節點 * @param {Array} newChain */ isValidNewChain(newChain) { if(Array.isArray(newChain) === false || newChain.length === 0) { return false } let newChainLength = newChain.length, firstBlock = newChain[0] // 硬編碼的起源塊不能改變 if(firstBlock.height === 0) { return false } // 移植新的鏈的長度 <= 現有鏈的長度 // 新的鏈不可信 if(newChainLength + firstBlock.height <= this.blocks.length) { return false } // 下面檢查新的鏈能否移植 // 以及新的鏈的每個節點是否符合規則 if(!this.isValidNewBlock(firstBlock, this.blocks[firstBlock.height - 1])) { return false } for(let i = 1; i < newChainLength; ++i) { if(!this.isValidNewBlock(newChain[i], newChain[i - 1])) { return false } } return true } /** * 插入新鏈表 * @param {Array} newChain */ addChain(newChain) { if(this.isValidNewChain(newChain)) { const height = newChain[0].height this.blocks.splice(height) this.blocks = this.blocks.concat(newChain) return true } return false } 

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獲取完整源碼: Github

快速上手/如何運行

• 下載源碼: git clone https://github.com/stevekeol/YunDang-Chain
• 切換至對應目錄，並安裝依賴項: cd yundang-chain/demo && npm install
• 運行: npm start

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總結

本文僅以近乎於Demo的形式，最簡的展示了：

• 何為代碼層面的區塊鏈
• 如何以最簡代碼打造區塊鏈

作者簡介

【stevekeol】

近期已提上日程的計划是打造一款 基於NodeJS的移動端全節點公有鏈： YunDang-Chain。

作者：stevekeol
鏈接：https://www.jianshu.com/p/b83c1e50c309
來源：簡書
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