实践 # 基于Go语言自己动手实现区块链_go语言区块链学习

0 介绍

学习目标：1、理解什么是区块链；2、掌握区块链基本结构；3、构建区块链基本模型；

• 理论部分：1、区块链七层架构模型；2、区块链链式结构；
• 实践部分：1、创建区块；2、创建区块的“链”；3、访问区块链；

开发环境：GoLand （付费，学生可以申请免费，需要提供证明）
区块链的理论基础部分可以参考我写的其他博客，本文主要介绍实践。

• 没有Go语言基础: 10min快速入门 video

开源代码：https://github.com/hexbo/go-blockchain-demo
如果有帮助欢迎star和分享~也欢迎提pr

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1 区块链理论基础

数据层

hash

hash函数的特点：单向性、确定性、隐蔽性、抗篡改、抗碰撞；

区块链最基本的技术是hash，这里给出用go写的一个hash的demo:

package main

import (
	"crypto/sha256"
	"encoding/hex"
	"log"
)

func calcHash(toBeHashed string) string {
	hashInBytes := sha256.Sum256([]byte(toBeHashed))
	hashInStr := hex.EncodeToString(hashInBytes[:])
	log.Printf("%s %s", toBeHashed, hashInStr)
	return hashInStr
}

func main() {
	calcHash("test1")
}
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如果不熟悉Go，关于上述代码可能会有以下问题：

• Go语言字符串string和字节数组[]byte 类型转换问题：【Golang】字符咋存？utf8咋编码？string啥结构？、golang中字符串与数组，切片的转换

• Go语言数组、切片的转换问题：数组和切片的相互转换
  说明：sha256返回的是[32]byte,通过hashInBytes[:]将数组类型转为slice即[]byte

• Go语言数组/切片传参问题：【Go基础】Go中数组传参的几种方式、Golang 数组（切片）的值传递与引用传递

2 从0到1实现区块链模型

组成部分：1.实现区块和链式结构；2.实现一个简单的HTTP Server，对外暴露读写接口；

说明：Go语言函数名大小写：小写代表方法只能在当前包使用，是私有方法，大写代表公有方法。

区块 Block

package core

import (
	"crypto/sha256"
	"encoding/hex"
	"time"
)

type Block struct {
	Index         int64  // 区块编号
	Timestamp     int64  // 区块时间戳
	PrevBlockHash string // 上一个区块哈希值
	Hash          string // 当前区块哈希
	Data          string // 区块数据
}

func calculateHash(b Block) string {
	blockData := string(b.Index) + string(b.Timestamp) + b.PrevBlockHash + b.Data
	hashInBytes := sha256.Sum256([]byte(blockData))
	return hex.EncodeToString(hashInBytes[:])
}

func GenerateNewBlock(preBlock Block, data string) Block {
	newBlock := Block{}
	newBlock.Index = preBlock.Index + 1
	newBlock.PrevBlockHash = preBlock.Hash
	newBlock.Timestamp = time.Now().Unix()
	newBlock.Data = data
	newBlock.Hash = calculateHash(newBlock)
	return newBlock
}

func GenerateGenesisBlock() Block {
	preBlock := Block{}
	preBlock.Index = -1
	preBlock.Hash = ""
	return GenerateNewBlock(preBlock, "Genesis Block")
}

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链式结构

代码说明：参数名在函数前是结构函数的语法，类似C++的类成员函数，GO里都是绑定到结构体上的。

package core

import (
	"fmt"
	"log"
)

type Blockchain struct {
	Blocks []*Block
}

func NewBlockchain() *Blockchain {
	genesisBlock := GenerateGenesisBlock()
	blockchain := Blockchain{}
	blockchain.AppendBlock(&genesisBlock)
	return &blockchain
}

func (bc *Blockchain) SendData(data string) {
	preBlock := bc.Blocks[len(bc.Blocks)-1]
	newBlock := GenerateNewBlock(*preBlock, data)
	bc.AppendBlock(&newBlock)
}

func (bc *Blockchain) AppendBlock(newBlock *Block) {
	if len(bc.Blocks) == 0 {
		bc.Blocks = append(bc.Blocks, newBlock)
		return
	}
	if isValid(*newBlock, *bc.Blocks[len(bc.Blocks)-1]) {
		bc.Blocks = append(bc.Blocks, newBlock)
	} else {
		log.Fatal("invalid block")
	}
}

func (bc *Blockchain) Print() {
	for _, block := range bc.Blocks {
		fmt.Printf("Index: %d\n", block.Index)
		fmt.Printf("PrevHash: %s\n", block.PrevBlockHash)
		fmt.Printf("CurrHash: %s\n", block.Hash)
		fmt.Printf("Data: %s\n", block.Data)
		fmt.Printf("Timestamp: %d\n", block.Timestamp)
	}
}

func isValid(newBlock Block, oldBlock Block) bool {
	if newBlock.Index-1 != oldBlock.Index {
		return false
	}
	if newBlock.PrevBlockHash != oldBlock.Hash {
		return false
	}
	if calculateHash(newBlock) != newBlock.Hash {
		return false
	}
	return true
}

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【问题】如下代码: 这里的len函数在这里不会冗余吗？
C的strlen需要对char数组遍历一遍，因此相当于O(n)的复杂度，不是O(1)，不清楚Go的len函数

if isValid(*newBlock, *bc.Blocks[len(bc.Blocks)-1]) {
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说明：参考上面给出的一个关于go string存储的问题，go在字符串指针开头存了字符串长度数据，而不是在末尾存’\0’，所以应该是可以O(1)查询。

CMD验证

package main

import "go-blockchain/core"

func main() {
	bc := core.NewBlockchain()
	bc.SendData("Send 1 BTC to Alice")
	bc.SendData("Send 1 EOS to Bob")
	bc.Print()
}

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HTTP RPC读写

package main

import (
	"encoding/json"
	"go-blockchain/core"
	"io"
	"net/http"
)

var blockchain *core.Blockchain

func run() {
	http.HandleFunc("/blockchain/get", blockchainGetHandler)
	http.HandleFunc("/blockchain/write", blockchainWriteHandler)
	http.ListenAndServe("localhost:8888", nil)
}

func blockchainGetHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	bytes, error := json.Marshal(blockchain)
	if error != nil {
		http.Error(w, error.Error(), http.StatusInternalServerError)
		return
	}
	io.WriteString(w, string(bytes))
}

func blockchainWriteHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	blockData := r.URL.Query().Get("data")
	blockchain.SendData(blockData)
	blockchainGetHandler(w, r)
}

func main() {
	blockchain = core.NewBlockchain()
	run()
}

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运行后访问localhost:8888/blockchain/get可以查看当前区块数据，访问/write?data="xxxx"可以写数据

Reference

1. video