用 JavaScript 写一个区块链www.2003.com

2019-05-01 作者:计算机教程   |   浏览(195)

免责声明

就像之前说的:这绝不是一个完整的区块链。它仍然缺少很多功能(像P2P网路)。这只是为了说明区块链的工作原理。

并且:由于单线程的原因,用JavaScript来挖矿并不快。

这就令理解区块链变得不必要得复杂起来,特别是当你想理解源码的时候。下面我将通过 200 行 JS 实现的超级简单的区块链来帮助大家理解它,我给这段代码起名为 NaiveChain。

Part2:实现POW(proof-of-work:工作量证明)

在part1中我们用JavaScript创建了一个简单的区块链来演示区块链的工作原理。不过这个实现并不完整,很多人发现依旧可以篡改该系统。没错!我们的区块链需要另一种机制来抵御攻击。那么让我们来看看我们该如何做到这一点!

确认块的完整性

在任何时候都必须能确认一个区块或者一整条链的区块是否完整。在我们从其他节点接收到新的区块,并需要决定接受或拒绝它们时,这一点尤为重要。

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; };

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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;
};

用 JavaScript 写一个区块链

2018/04/09 · CSS · 区块链

原文出处: Xavier Decuyper   译文出处:百度外卖前端/JeLewine   

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www.2003.com,几乎每个人都听说过像比特币和以太币这样的加密货币,但是只有极少数人懂得隐藏在它们背后的技术。在这篇博客中,我将会用JavaScript来创建一个简单的区块链来演示它们的内部究竟是如何工作的。我将会称之为SavjeeCoin!全文分为三个部分:

  1. part1:实现一个基本的区块链
  2. part2:实现POW
  3. part3:交易与挖矿奖励

体系结构

需要指出的是,节点实际上展现了两个web服务器:一个(HTTP服务器)是让用户控制节点,另一个(Websocket HTTP服务器)。

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NaiveChain的主要组成部分

调整我们的区块链

当前的最大任务:调整我们的区块链来适应这些新变化。我们需要做的第一件事就是存储待处理交易的地方。

正如你所知道的,由于POW,区块链可以稳定的创建区块。在比特币的场景下,难度被设置成大约每10分钟创建一个新区块。但是,是可以在创造两个区块之间提交新的交易。

为了做到这一点,首先需要改变我们区块链的构造函数,以便他可以存储待处理的交易。我们还将创造一个新的属性,用于定义矿工获得多少钱作为奖励:

class Blockchain{ constructor() { this.chain = [this.createGenesisBlock()]; this.difficulty = 5; // 在区块产生之间存储交易的地方 this.pendingTransactions = []; // 挖矿回报 this.miningReward = 100; } }

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class Blockchain{
  constructor() {
    this.chain = [this.createGenesisBlock()];
    this.difficulty = 5;
 
    // 在区块产生之间存储交易的地方
    this.pendingTransactions = [];
 
    // 挖矿回报
    this.miningReward = 100;
  }
}

下一步,我们将调整我们的addBlock()方法。不过我的调整是指删掉并重写它!我们将不再允许人们直接为链上添加区块。相反,他们必须将交易添加至下一个区块中。而且我们将addBlock()更名为createTransaction(),这看起来更语义化:

createTransaction(transaction) { // 这里应该有一些校验! // 推入待处理交易数组 this.pendingTransactions.push(transaction); }

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createTransaction(transaction) {
  // 这里应该有一些校验!
 
  // 推入待处理交易数组
  this.pendingTransactions.push(transaction);
}

选择最长的链

任何时候在链中都应该只有一组明确的块。万一冲突了(例如:两个结点都生成了72号块时),会选择有最大数目的块的链。

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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'); } };

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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');
    }
};

地址的余额

在测试我们的代码钱让我们再做一件事!如果能够检查我们区块链上地址的余额将会更好。

getBalanceOfAddress(address){ let balance = 0; // you start at zero! // 遍历每个区块以及每个区块内的交易 for(const block of this.chain){ for(const trans of block.transactions){ // 如果地址是发起方 -> 减少余额 if(trans.fromAddress === address){ balance -= trans.amount; } // 如果地址是接收方 -> 增加余额 if(trans.toAddress === address){ balance = trans.amount; } } } return balance; }

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getBalanceOfAddress(address){
  let balance = 0; // you start at zero!
 
  // 遍历每个区块以及每个区块内的交易
  for(const block of this.chain){
    for(const trans of block.transactions){
 
      // 如果地址是发起方 -> 减少余额
      if(trans.fromAddress === address){
        balance -= trans.amount;
      }
 
      // 如果地址是接收方 -> 增加余额
      if(trans.toAddress === address){
        balance = trans.amount;
      }
    }
  }
 
  return balance;
}

结点控制

在某种程度上用户必须能够控制结点。这一点通过搭建一个HTTP服务器可以实现。

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)); };
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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));
};

用户可以用下面的方法和结点互动:

  • 列出所有的块
  • 用用户提供的内容创建一个新的块
  • 列出或者新增peers

下面这个Curl的例子就是最直接的控制结点的方法:

#get all blocks from the node curl http://localhost:3001/blocks

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#get all blocks from the node
curl http://localhost:3001/blocks

区块链

区块链是由一个个任何人都可以访问的区块构成的公共数据库。这好像没什么特别的,不过它们有一个有趣的属性:它们是不可变的。一旦一个区块被添加到区块链中,除非让剩余的其余区块失效,否则它是不会再被改变的。

这就是为什么加密货币是基于区块链的原因。你肯定不希望人们在交易完成后再变更交易!

块的存储

内存中的Javascript数组被用于存储区块链。区块链的第一个块通常被称为“起源块”,是硬编码的。

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

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

测试

现在让我们来测试一下我们的区块链,看看在POW下添加一个新区块会有什么效果。我将会使用之前的代码。我们将创建一个新的区块链实例然后往里添加2个区块。

let savjeeCoin = new Blockchain(); console.log('Mining block 1'); savjeeCoin.addBlock(new Block(1, "20/07/2017", { amount: 4 })); console.log('Mining block 2'); savjeeCoin.addBlock(new Block(2, "20/07/2017", { amount: 8 }));

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let savjeeCoin = new Blockchain();
 
console.log('Mining block 1');
savjeeCoin.addBlock(new Block(1, "20/07/2017", { amount: 4 }));
 
console.log('Mining block 2');
savjeeCoin.addBlock(new Block(2, "20/07/2017", { amount: 8 }));

如果你运行了上面的代码,你会发现添加新区块依旧非常快。这是因为目前的难度只有2(或者你的电脑性能非常好)。

如果你创建了一个难度为5的区块链实例,你会发现你的电脑会花费大概十秒钟来挖矿。随着难度的提升,你的防御攻击的保护程度越高。

与其他结点的通信

结点的本质是和其他结点共享和同步区块链,下面的规则能保证网络同步。

  • 当一个结点生成一个新块时,它会在网络上散布这个块。
  • 当一个节点连接新peer时,它会查询最新的block。
  • 当一个结点遇到一个块,其index大于当前所有块的index时,它会添加这个块到它当前的链中,或者到整个区块链中查询这个块。

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如图为当节点遵循前文所述协议时会发生的一些典型通信场景

我没有采用自动发现peer的工具。peers的位置(URL)必须是手动添加的。

局限性与结论

现在我们的区块链已经可以在一个区块上存储多笔交易,并且可以为矿工带来回报。

不过,还是有一些不足:发送货币是,我们不检查发起人是否有足够的余额来实际进行交易。然而,这其实是一件容易解决的事情。我们也没有创建一个新的钱包和签名交易(传统上用公钥/私钥加密完成)。

区块链的基础概念很简单:一个分布式数据库,存储一个不断加长的 list,list 中包含着许多有序的记录。然而,在通常情况下,当我们谈到区块链的时候也会谈起使用区块链来解决的问题,这两者很容易混淆。像流行的比特币和以太坊这样基于区块链的项目就是这样。“区块链”这个术语通常和像交易、智能合约、加密货币这样的概念紧紧联系在一起。

测试

好吧,我们已经完成并可以最终一切是否可以正常工作!为此,我们创建了一些交易:

let savjeeCoin = new Blockchain(); console.log('Creating some transactions...'); savjeeCoin.createTransaction(new Transaction('address1', 'address2', 100)); savjeeCoin.createTransaction(new Transaction('address2', 'address1', 50));

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let savjeeCoin = new Blockchain();
 
console.log('Creating some transactions...');
savjeeCoin.createTransaction(new Transaction('address1', 'address2', 100));
savjeeCoin.createTransaction(new Transaction('address2', 'address1', 50));

这些交易目前都处于等待状态,为了让他们得到证实,我们必须开始挖矿:

console.log('Starting the miner...'); savjeeCoin.minePendingTransactions('xaviers-address');

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console.log('Starting the miner...');
savjeeCoin.minePendingTransactions('xaviers-address');

当我们开始挖矿,我们也会传递一个我们想要获得挖矿奖励的地址。在这种情况下,我的地址是xaviers-address(非常复杂!)。

之后,让我们检查一下xaviers-address的账户余额:

console.log('Balance of Xaviers address is', savjeeCoin.getBalanceOfAddress('xaviers-address')); // 输出: 0

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console.log('Balance of Xaviers address is', savjeeCoin.getBalanceOfAddress('xaviers-address'));
// 输出: 0

我的账户输出竟然是0?!等等,为什么?难道我不应该得到我的挖矿奖励么?那么,如果你仔细观察代码,你会看到系统会创建一个交易,然后将您的挖矿奖励添加为新的待处理交易。这笔交易将会包含在下一个区块中。所以如果我们再次开始挖矿,我们将收到我们的100枚硬币奖励!

console.log('Starting the miner again!'); savjeeCoin.minePendingTransactions("xaviers-address"); console.log('Balance of Xaviers address is', savjeeCoin.getBalanceOfAddress('xaviers-address')); // 输出: 100

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console.log('Starting the miner again!');
savjeeCoin.minePendingTransactions("xaviers-address");
 
console.log('Balance of Xaviers address is', savjeeCoin.getBalanceOfAddress('xaviers-address'));
// 输出: 100

本文由 伯乐在线 - 欣仔 翻译。未经许可,禁止转载!
英文出处:Lauri Hartikka。欢迎加入翻译组

交易类

在区块内,我们将可以存储多笔交易。因此我们还需要定义一个交易类,一边我们可以锁定交易应当具有的属性:

class Transaction{ constructor(fromAddress, toAddress, amount){ this.fromAddress = fromAddress; this.toAddress = toAddress; this.amount = amount; } }

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class Transaction{
  constructor(fromAddress, toAddress, amount){
    this.fromAddress = fromAddress;
    this.toAddress = toAddress;
    this.amount = amount;
  }
}

这个交易例子非常的简单,仅仅包含了发起方(fromAddress)和接受方(toAddress)以及数量。如果有需求,你也可以在里面加入更多字段,不过这个只是为了最小实现。

块结构

第一个逻辑步骤是决定块结构。为了保证事情尽可能的简单,我们只选择最必要的部分:index(下标)、timestamp(时间戳)、data(数据)、hash(哈希值)和 previous hash(前置哈希值)。

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这个块中必须能找到前一个块的哈希值,以此来保证整条链的完整性。

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(); } }

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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();
    }
}

结论

这个小栗子还远未达到完成的程度。它还没有实现POW(工作量证明机制)或P2P网络来与其它矿工来进行交流。

但他确实证明了区块链的工作原理。许多人认为原理会非常复杂,但这篇文章证明了区块链的基本概念是非常容易理解和实现的。

打赏支持我翻译更多好文章,谢谢!

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免责声明 & 源代码

我想指出的是,这绝不是一个完整的区块链实现!它仍然缺少很多功能。这只是为了验证一些概念来帮助您来了解区块链的工作原理。

该项目的源代码就放在我的GitHub

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块哈希

为了保存完整的数据,必须哈希区块。SHA-256会对块的内容进行加密,记录这个值应该和“挖矿”毫无关系,因为这里不需要解决工作量证明的问题。

var calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => { return CryptoJS.SHA256(index previousHash timestamp data).toString(); };

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var calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {
    return CryptoJS.SHA256(index previousHash timestamp data).toString();
};

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