golang membina rantaian blok

Konsep blockchain telah mendapat perhatian seluruh dunia dan perbincangan hangat sejak pengeluaran kertas putih Bitcoin pada tahun 2008. Nilai terasnya ialah desentralisasi dan kebolehubahan. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan pemahaman orang ramai tentang teknologi blockchain dan pembangunan komuniti sumber terbuka, menggunakan golang untuk membina blockchain telah menjadi semakin popular.

Golang ialah bahasa pengaturcaraan yang dibangunkan oleh Google Ia mempunyai kelebihan kecekapan, kesederhanaan, keselamatan, dsb., dan menyokong pengumpulan berbilang benang dan sampah. Ciri bahasa ini sesuai untuk membangunkan sistem teragih dan menunjukkan prestasi cemerlang dalam pelbagai senario. Dalam artikel ini, kami akan memperkenalkan cara menggunakan golang untuk membina blockchain.

1. Gambaran Keseluruhan

Teknologi teras blockchain sebenarnya sangat mudah, terutamanya terdiri daripada desentralisasi, algoritma konsensus, struktur data blok, penyimpanan dan penyulitan blok, dsb. Antaranya, penyimpanan dan penyulitan blockchain menggunakan algoritma hash.

Dalam golang, kita boleh menggunakan perpustakaan algoritma cincang golang untuk pelaksanaan. Sebagai contoh, kita boleh menggunakan pustaka crypto/sha256 untuk melengkapkan pengiraan cincang dan pustaka encoding/hex untuk menukar nilai cincang kepada rentetan heksadesimal. Pelaksanaan sedemikian bukan sahaja sangat cekap, tetapi juga memastikan kebolehpercayaan tinggi nilai cincang.

2. Struktur data

Kami mentakrifkan blok untuk mengandungi berbilang blok, setiap blok mengandungi empat maklumat:

1. BlockHeader ): Mengandungi blok sebelumnya ( PrevBlockHash), cap waktu (TimeStamp), dan nilai cincang blok semasa (Hash).
2. Maklumat transaksi (Transaksi): terdiri daripada satu atau lebih transaksi.
3. Ketinggian blok (Ketinggian): Menunjukkan ketinggian blok semasa dalam keseluruhan blok.
4. Nilai kesukaran (Difficulty): digunakan untuk menilai sama ada algoritma konsensus memenuhi keperluan.

Dalam golang, kita boleh menggunakan struktur berikut untuk mewakili blok:

type Block struct {
  BlockHeader BlockHeader
  Transaction []Transaction
}

type BlockHeader struct {
  PrevBlockHash []byte
  TimeStamp int64
  Hash []byte
}

type Transaction struct {
  Data []byte
}

di mana, []byte mewakili data binari. Maklumat transaksi boleh ditakrifkan mengikut keperluan khusus.

3. Penyimpanan Blockchain

Memandangkan blockchain adalah sistem yang diedarkan, semua peserta perlu mengetahui status keseluruhan blockchain. Oleh itu, kita perlu menyimpan blockchain dalam pangkalan data yang diedarkan.

Dalam golang, kita boleh menggunakan pangkalan data seperti LevelDB atau RocksDB untuk penyimpanan. Pangkalan data ini ialah pangkalan data nilai kunci ringan yang menyokong konkurensi tinggi dan daya pemprosesan tinggi. Pada masa yang sama, mereka menyokong pemuatan data daripada cakera keras atau memori, dan secara automatik boleh melakukan pemampatan data dan pengumpulan sampah.

Apabila menggunakan pangkalan data ini, kita perlu menyimpan blok dalam pangkalan data mengikut nilai cincang blok sebagai kunci. Pada masa yang sama, kita perlu merekodkan nilai cincang dan ketinggian cawangan terpanjang (Rantaian Panjang) bagi rantaian semasa untuk memudahkan pelaksanaan algoritma konsensus.

type BlockChain struct {
  blocks []*Block
  db     *leveldb.DB
  LongestChainHash []byte // 最长分支的哈希值
  LongestChainHeight int   // 最长分支的高度
}

4. Algoritma Konsensus

Algoritma konsensus blockchain adalah teras untuk memastikan keselamatan blockchain. Algoritma konsensus umum termasuk Bukti Kerja ("Bukti Kerja") dan Bukti Pertaruhan ("Bukti Kepentingan").

Dalam artikel ini, kami hanya memperkenalkan pelaksanaan algoritma Bukti Kerja. Algoritma Proof-of-Work memerlukan peserta melakukan sejumlah besar pengiraan cincang dan memerlukan keputusan pengiraan untuk memenuhi syarat tertentu. Jika syarat dipenuhi, blok yang dilombong oleh nod disiarkan ke seluruh rangkaian, dan nod lain mengesahkan dan mengemas kini statusnya. Dengan cara ini, walaupun terdapat pakatan sulit antara nod, keseluruhan rangkaian tidak boleh ditipu kerana perbezaan kuasa pengkomputeran.

Proses pelaksanaan khusus adalah seperti berikut:

1. Pada mulanya, rekod nilai cincang dan ketinggian cawangan terpanjang.
2. Apabila nod melombong blok baharu dan menyiarkannya ke seluruh rangkaian, nod lain akan melakukan beberapa pengesahan asas terlebih dahulu selepas menerimanya (seperti sama ada cincangan blok sebelumnya adalah betul), dan kemudian mengesahkan blok semasa.
3. Proses pengesahan adalah untuk mencincang nilai cincang blok semasa dan membandingkannya dengan nilai kesukaran. Jika nilai cincang yang dikira kurang daripada nilai kesukaran, ini bermakna beban kerja nod memenuhi keperluan dan blok baharu boleh ditambah pada bloknya sendiri. Jika tidak, nod akan ditolak oleh nod lain dan ditandakan sebagai nod tidak sah.
4. Setelah menerima blok baharu, untuk memastikan keselamatan rantaian blok, nod akan mengesahkan blok semasa bersama-sama blok yang bergantung padanya. Jika blok yang bergantung padanya tidak sah, blok semasa juga akan ditandakan sebagai tidak sah.

Pelaksanaan khusus boleh dijalankan melalui kod berikut:

func (bc *BlockChain) AddBlock(b *Block) bool {
  if !bc.isValidBlock(b) {
    return false
  }
  bc.db.Put(b.Hash, []byte(b.Encode()))
  if b.BlockHeader.TimeStamp > bc.blocks[bc.LongestChainHeight-1].BlockHeader.TimeStamp {
    bc.LongestChainHash = b.Hash
    bc.LongestChainHeight = bc.blocks[bc.LongestChainHeight-1].BlockHeader.Height + 1
  }
  bc.blocks = append(bc.blocks, b)
  return true
}

func (bc *BlockChain) isValidBlock(b *Block) bool {
  prevBlock := bc.getPrevBlock(b)
  if prevBlock == nil {
    return false
  }
  if !isValidHash(b.Hash) {
    return false
  }
  if b.BlockHeader.TimeStamp <= prevBlock.BlockHeader.TimeStamp {
    return false
  }
  if !isValidProofOfWork(b) {
    return false
  }
  return true
}

func (bc *BlockChain) getPrevBlock(b *Block) *Block {
  if len(bc.blocks) == 0 {
    return nil
  }
  lastBlock := bc.blocks[len(bc.blocks)-1]
  if lastBlock.BlockHeader.Hash == b.BlockHeader.PrevBlockHash {
    return lastBlock
  }
  return nil
}

func isValidProofOfWork(b *Block) bool {
  hash := sha256.Sum256(b.Encode())
  target := calculateTarget()
  return hash[:4] == target
}

Dalam aplikasi sebenar, situasi kompleks seperti garpu dan serangan berniat jahat juga perlu dipertimbangkan. Ini hanya diperkenalkan sebagai kaedah pelaksanaan asas Dalam aplikasi sebenar, pengoptimuman selanjutnya perlu dijalankan mengikut keperluan anda sendiri.

5. Ringkasan

Artikel ini memperkenalkan proses asas membina rantaian blok menggunakan golang, termasuk struktur data, storan rantaian blok dan algoritma konsensus. Dalam aplikasi praktikal, ia juga perlu untuk mengukuhkan pemahaman sistem yang diedarkan dan memastikan keselamatan rantaian blok sambil memastikan prestasi. Pada masa yang sama, kecekapan dan kebolehpercayaan golang juga memberikan kami lebih banyak pilihan.

Atas ialah kandungan terperinci golang membina rantaian blok. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!