用Javasctipt代码简单模拟解释区块链概念

本文试图用简单200行代码来解析区块链的基本原理。

区块链基本概念很简单：它其实是一个分布式数据库，维护一个不断增长的有序的记录列表。“区块链”术语通常与诸如交易，智能合约或加密货币等概念密切相关。涉及这么多概念使得理解区块链变成一个艰巨的任务。这里将通过一个称为NaiveChain库包使用200行的Javascript实现超简单的blockchain。

块结构

第一个逻辑步骤是决定块结构。为了使事情尽可能简单，我们仅包含最必要的：index，timestamp，data，hash和previous hash。

必须在块中找到前一个块的Hash，以保持链的完整性，代码如下：

class Block {

   constructor(index, previousHash, timestamp, data, hash) {
      this.index = index;
      this.previousHash = previousHash.toString();
      this.timestamp = timestamp;
      this.data = data;
      this.hash = hash.toString();
   }

}

块Hash散列

块需要实行Hash以保持数据的完整性。算法使用SHA-256。应该注意，这个Hash与“ 挖掘 ” 无关，因为不需要解决Proof Of Work工作证明问题。

var calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {

   return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();

   };

生成块

为了生成一个块，我们必须知道前一个块的哈希，并创建所需内容的其余部分（=索引，散列，数据和时间戳），块数据是由最终用户提供的。


var generateNextBlock = (blockData) => {
   var previousBlock = getLatestBlock();
   var nextIndex = previousBlock.index + 1;
   var nextTimestamp = new Date().getTime() / 1000;
   var nextHash = calculateHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData);
   return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData, nextHash);

   };

存储块

内存中的Javascript数组用于存储区块链。区块链的第一块总是一个所谓的“基因块genesis-block”，它是硬编码的。

var getGenesisBlock = () =>{
   return new Block(0,"0",1465154705,"my genesis block!!",
   "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");
   };

   var blockchain=[getGenesisBlock()];

验证块的完整性

在任何指定时间，我们必须能够验证块或块链在完整性方面是否有效。特别是当我们从其他节点接收新块，并必须决定是否接受他们时。

var isValidNewBlock = (newBlock, previousBlock) =>
{
    if (previousBlock.index + 1 !== newBlock.index) {
        console.log('invalid index');
        return false;
    } else if (previousBlock.hash !== newBlock.previousHash) {
        console.log('invalid previoushash');
        return false;
    } else if (calculateHashForBlock(newBlock) !== newBlock.hash) {
        console.log('invalid hash: ' + calculateHashForBlock(newBlock) + ' ' + newBlock.hash);
        return false;
    }
    return true;
};

选择最长的链

在指定时间链中应该总是只有一个显式块。在冲突的情况下（例如，两个节点都生成块号72），我们选择具有最长块数的链。

var replaceChain = (newBlocks) =>
{
    if (isValidChain(newBlocks) && newBlocks.length > blockchain.length) {
        console.log('Received blockchain is valid. Replacing current blockchain with received blockchain');
        blockchain = newBlocks;
        broadcast(responseLatestMsg());
    } else {
        console.log('Received blockchain invalid');
    }

};

与其他节点通信

节点的一个重要部分是与其他节点共享和同步区块链。以下规则用于保持网络同步。

当节点生成新块时，它将其广播到网络
当节点连接到新的对等体时，它查询最新的块
当节点遇到具有大于当前已知块的索引的块时，它将块添加到其当前链或查询整个区块链。

上图是当节点服从所描述的协议时遵循的一些典型的通信场景

不使用自动对等体发现。对等体的位置（= URL）就必须手动添加。

控制节点

用户必须能够以某种方式控制节点。这是通过设置HTTP服务器来完成的。

var initHttpServer = () =
>
{
    var app = express();
    app.use(bodyParser.json());
    app.get('/blocks', (req, res) = > res.send(JSON.stringify(blockchain))
)
    ;

    app.post('/mineBlock', (req, res) = > {
        var newBlock = generateNextBlock(req.body.data);
    addBlock(newBlock);
    broadcast(responseLatestMsg());
    console.log('block added: ' + JSON.stringify(newBlock));
    res.send();
   });


    app.get('/peers', (req, res) = > {
        res.send(sockets.map(s = > s._socket.remoteAddress + ':' + s._socket.remotePort)
    );

});

    app.post('/addPeer', (req, res) = > {
        connectToPeers([req.body.peer]);
       res.send();

});
    
    app.listen(http_port, () = > console.log('Listening http on port: ' + http_port)
);
}
;

如代码所示，用户能够以以下方式与节点交互：

列出所有块
创建由用户提供内容的新块
列出或添加对等体

控制节点的最直接的方法是例如使用Curl：

#get所有节点的块
curl http://localhost:3001/blocks

架构

应该注意，一个节点实际上暴露了两个Web服务器：一个用于用户控制节点（HTTP服务器），一个用于节点之间的对等通信（Websocket HTTP服务器）

NaiveChain的主要组件

结论

NaiveChain是为了演示和学习区块链而创建的。由于它没有“ 挖掘 ”算法（PoS的PoW），它不能在公共网络中使用。它仍然实现了功能区块链的基本特征。

您可以检查Github存储库以获取更多技术详细信息。