自互联网出现以来，区块链常被视为影响深远的技术之一。虽然公众经常将区块链与投机性加密货币直接关联，但从技术应用角度看，区块链的使用场景要广得多。加密货币只是区块链生态中的一部分，许多实际落地的方案同样由私营组织推动实现。
随着区块链技术持续发展，技术从业者越来越有必要理解其基础结构与技术影响。就入门实现而言，搭建一个简单的区块链模型并没有想象中复杂。
本文将使用 2021 年较受欢迎的编程语言之一 GoLang，演示如何实现一个基础版区块链，并借此理解区块、哈希和链式连接的核心逻辑。
了解区块链的基本结构
区块链这一名称本身就概括了它的主要特征：由多个区块通过哈希值顺序连接而成。哈希可以理解为由输入数据生成的固定长度加密输出。正因为每个区块都引用前一个区块的哈希值，所以一旦链上某个区块内容发生变化，后续区块的关联关系也会被破坏，链的完整性难以维持。
在区块链中，每个区块都可以存储数据。在基础模型中，常见做法是将交易记录放入区块。比特币就采用了类似机制，因此其交易历史可以沿链持续追溯。
如果只用三个区块构建一条最简单的区块链，那么第一个区块就是创世块。由于它之前没有任何区块，因此前一个哈希字段为空。即便如此，依然可以将时间戳和初始交易数据作为哈希算法输入，生成创世块自己的哈希值。
接着在第二个区块中，将创世块的哈希值写入“前一个哈希”字段，这一步就完成了区块之间的连接。随后，再将时间戳、交易列表以及前一个哈希值一起输入哈希算法，得到第二个区块的新哈希。
之后的每个区块都重复这一过程。理论上，这个链式结构可以不断延伸，现实中的限制通常来自区块有效性机制以及存储能力，例如比特币区块链的体积就相当可观。
在 Go 中创建一个简单的区块链
实现区块链的第一步，是先定义“区块”这一数据结构。Go 支持自定义类型，因此可以使用 Block 结构体来描述一个区块。这里的结构包含四个字段，对应上文提到的核心元素。
type Block struct { timestamp time.Time transactions []string prevHash []byte Hash []byte}
定义完区块后，下一步是编写创建新区块的函数。这个函数接收两个输入：一个字符串数组，用来表示交易记录；一个字节数组，用来表示前一个区块的哈希值。函数内部还会调用后续要实现的 NewHash() 方法，生成当前区块的哈希。
func NewBlock(transactions []string, prevHash []byte) *Block { currentTime := time.Now() return &Block { timestamp: currentTime, transactions: transactions, prevHash: prevHash, Hash: NewHash(currentTime, transactions, prevHash), }}
NewHash() 函数的作用，是把时间、交易列表和前一个哈希作为输入，最终返回当前区块对应的哈希值。具体实现时，先将这些输入内容拼接到一个统一的字节数组 input 中。
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这里通过 append() 方法，将 prevHash 与时间字符串依次写入输入数据。随后再遍历 transactions，把每条交易追加到 input 中。文中的 string(rune(transaction))... 语法，本质上是 Go 中对相关数据进行转换并追加的一种写法。
func NewHash(time time.Time, transactions []string, prevHash []byte) []byte { input := append(prevHash, time.String()...) for transaction := range transactions { input = append(input, string(rune(transaction))...) } hash := sha256.Sum256(input) return hash[:]}
最后，代码通过 crypto 包中的 sha256.Sum256() 对输入内容进行哈希运算，生成新的哈希值。返回结果时，使用 hash[:] 的切片写法，以符合函数返回的字节数组格式。
到这里，构建一个可链接区块的最小化区块链模型所需的核心逻辑就已经具备了。为了更直观地查看结果，还可以增加一些辅助输出方法，在程序运行时打印区块信息。
func printBlockInformation(block *Block) { fmt.Printf("ttime: %sn", block.timestamp.String()) fmt.Printf("tprevHash: %xn", block.prevHash) fmt.Printf("tHash: %xn", block.Hash) printTransactions(block)}func printTransactions(block *Block) { fmt.Println("tTransactions:") for i, transaction := range block.transactions { fmt.Printf("tt%v: %qn", i, transaction) }}
接下来，只需要创建交易数据、生成区块并计算哈希即可。这部分工作可以放在主函数中完成。需要注意的是，在生成第一个区块也就是创世块时，传入的是一个空的字节数组，因为它没有前置区块。
func main() { genesisTransactions := []string{"Izzy sent Will 50 bitcoin", "Will sent Izzy 30 bitcoin"} genesisBlock := NewBlock(genesisTransactions, []byte{}) fmt.Println("--- First Block ---") printBlockInformation(genesisBlock) block2Transactions := []string{"John sent Izzy 30 bitcoin"} block2 := NewBlock(block2Transactions, genesisBlock.Hash) fmt.Println("--- Second Block ---") printBlockInformation(block2) block3Transactions := []string{"Will sent Izzy 45 bitcoin", "Izzy sent Will 10 bitcoin"} block3 := NewBlock(block3Transactions, block2.Hash) fmt.Println("--- Third Block ---") printBlockInformation(block3)}
每次创建新区块时，只要把上一个区块的哈希值与当前对应的交易记录一起传入 NewBlock()，新的链式关系就会被建立起来。
如果把完整程序放在一起，代码如下：
package mainimport ( "crypto/sha256" "fmt" "time")type Block struct { timestamp time.Time transactions []string prevHash []byte Hash []byte}func main() { genesisTransactions := []string{"Izzy sent Will 50 bitcoin", "Will sent Izzy 30 bitcoin"} genesisBlock := NewBlock(genesisTransactions, []byte{}) fmt.Println("--- First Block ---") printBlockInformation(genesisBlock) block2Transactions := []string{"John sent Izzy 30 bitcoin"} block2 := NewBlock(block2Transactions, genesisBlock.Hash) fmt.Println("--- Second Block ---") printBlockInformation(block2) block3Transactions := []string{"Will sent Izzy 45 bitcoin", "Izzy sent Will 10 bitcoin"} block3 := NewBlock(block3Transactions, block2.Hash) fmt.Println("--- Third Block ---") printBlockInformation(block3)}func NewBlock(transactions []string, prevHash []byte) *Block { currentTime := time.Now() return &Block { timestamp: currentTime, transactions: transactions, prevHash: prevHash, Hash: NewHash(currentTime, transactions, prevHash), }}func NewHash(time time.Time, transactions []string, prevHash []byte) []byte { input := append(prevHash, time.String()...) for transaction := range transactions { input = append(input, string(rune(transaction))...) } hash := sha256.Sum256(input) return hash[:]}func printBlockInformation(block *Block) { fmt.Printf("ttime: %sn", block.timestamp.String()) fmt.Printf("tprevHash: %xn", block.prevHash) fmt.Printf("tHash: %xn", block.Hash) printTransactions(block)}func printTransactions(block *Block) { fmt.Println("tTransactions:") for i, transaction := range block.transactions { fmt.Printf("tt%v: %qn", i, transaction) }}
如果运行这段程序，将会得到类似如下输出：
$ go run example.go --- First Block --- time: 2021-04-05 15:12:18.813294 -0600 MDT m=+0.000074939 prevHash: Hash: 43ec51c50d2b9565f221155a29d8b72307247b08eaf6731cca Transactions: 0: "Izzy sent Will 50 bitcoin" 1: "Will sent Izzy 30 bitcoin"--- Second Block --- time: 2021-04-05 15:12:18.813477 -0600 MDT m=+0.000257244 prevHash: 43ec51c50d2b9565f221155a29d8b72307247b08eaf6731cca Hash: fcce5323a35cb67b45fe75866582db00fd32baeb92aac448c7 Transactions: 0: "John sent Izzy 30 bitcoin"--- Third Block --- time: 2021-04-05 15:12:18.813488 -0600 MDT m=+0.000269168 prevHash: fcce5323a35cb67b45fe75866582db00fd32baeb92aac448c7 Hash: fc1d3eee286970d85812b47c3a5bf016ae8c1de4f86b8ace972ffa Transactions: 0: "Will sent Izzy 45 bitcoin" 1: "Izzy sent Will 10 bitcoin"
整体来看，这个示例仍然是一个相对基础、偏演示性质的实现，但它已经清晰展示了如何使用 Go 构建最简单的区块链结构。对于理解区块、哈希生成和链式引用关系来说，这是一个直接且实用的入门示例。
