实现区块链的语言有很多种选择,如C++、Java、Python和Go。采用C++语言理由很简单,比特币和2018年中上线的EOS就是基于C++语言。选用Java是因为长期在编程语言排行榜上占据第一的位置。Python语言是现在人工智能和深度学习第一首选语言,是近来年最热的语言,没有之一。但是这个系列却用Go语言来实现,为什么呢?原因是区块链里最成功的以太坊是用Go语言写成的,目前80%以上的区块链项目,都是采用Go语言。近10到20年间,通过一个成功的项目带火一个语言的例子比比皆是。如Facebook的成功,直接造成PHP的流行,以致绝大数SNS系统基本都是由PHP写成的;Quora的流行带火了Python,问答类网站基本都采用Python。同理以太坊的成功,也使采用Go来实现区块链不需要理由。因此我们也准备采用Go语言来实现一个简单的区块链。
区块链底层技术虽然很复杂,但是从本质上来说,就是一个由区块组成的线性表结构。在数据结构中,表示线性表结构的方法很多,如单向链表、双向链表、数组等,在这里我们采用数组来表示区块链,因为这种结构最简单。
最简区块表示
组成区块链的最小单位是区块,我们可以用如下结构来表示区块:
在这个区块定义中,我们用data来代表区块所存储的数据,虽然理论上区块中可以保存任何数据,但是为了提高区块链的性能,保存的信息应该尽量简单,例如直接将影片保存到区块链中就是不合适的,而如果存储指向影片的指针,则是比较恰当的。hash代表本区块的数字摘要,通常用sha256算法得到。previousHash则为上一个区块的数字摘要。
目前为止,我们就用这样一个简单的结构来表示区块,在后续的博文中,我们还会向其中添加创建时间等重要信息,不过目前为了简化概念,我们只存储这些内容。
区块数字摘要生成
下面我们首先来讨论区块数字摘要的生成方法,如下所示:
在这里我们通过(b *Block)定义了一个Block类的一个方法,该方法形参为空,并且没有返回值,如果想要使用Block对象,直接使用b.语法即可。
我们首先形成一个由本区块数据和上一区块hash组成的字节二维数组,作为第一个参数传给bytes.Join函数,将其连接起来形成一个一维字节数组,并赋值给info。调用sha256.Sum256生成数字摘要,并赋给本区块的hash属性。
区块生成
我们知道如何生成区块的数字摘要之后,我们来看如何生成一个区块,如下所示:
这个函数有两个参数,第一个参数data代表区块的数据,previousHash代表上一个区块的数字摘要。函数的返回值为Block类的指针。这里声明的是一个单独的函数,而不是类的方法。
我们首先调用Block的构造函数,生成一个新的区块,这里先将hash属性置空,接着通过上步定义的Block类的DeriveHash方法,求出并给hash属性赋值,最后返回生成的区块。
创世纪区块
区块链中的第一个区块,我们称之为创世纪区块,如下所示:
区块链定义
定义为区块之后,我们就需要定义一个结构来存储区块链,如下所示:
我们用由Block类组成的数组来表示区块链。
我们首先形成由创世纪区块组成的区块链,如下所示:
我们生成由Block组成的数组,数组内目前只有一个创世纪区块。
接下来我们需要向区块链中添加区块,如下所示:
我们定义BlockChain类的方法AddBlock,其只有一个data参数,代表将要插入区块链的区块的数据。取出当前区块链的区块数组的最后一个元素,利用参数data生成一个新区块,该区块的previousHash组当前区块链的区块数组的最后一个元素,将新生成的区块添加到当前区块链的区块数组的最后。有了这个方法,我们的区块链就可以不断增长了。
主函数
到目前为止,我们最简区块链就基本完成了,接下来我们生成一个区块链,并打印出区块链的内容:
我们首先生成只由创世纪区块组成的区块链,然后依次向其中加入First、Second、Third这三个区块,然后通过遍历区块链的区块数组,打印出区块链的内容。
我们需要在程序头部加入如下库引用:
运行上面的程序,可以打出如下的结果:
我们至此已经实现了一个最简单的区块链,虽然它什么也不能做,但是已经可以生成并不断增加长度了。在下一节中,我们详细讲解工作量证明(POW:Prove of Work)。