200行GO代码实现区块链1
原文，需要科学上网。省略了一些无关的内容。
世界上很多开发者听说过区块链却不知道它是怎么工作的，他们或许仅仅听过比特币或者智能合约一类的名词。这篇文章尝试用简明的语言说明区块链并且用不到200行的代码来实现你自己的区块链！文章的最后，你应该可以运行并且添加区块到区块链中并从浏览器中看到结果。
有什么学习区块链的方法比你亲自实现一个更好呢？
文章讲了什么
- 如何创建自己的区块链
- 如何使用Hash来维护区块链的完整性
- 如何添加新区块
- 如何解决多个节点同时生成区块导致冲突问题
- 如何在浏览器中查看区块链
- 如何生成新区块
- 了解区块链的基础知识后，你可以决定你的未来发展方向
文章没讲什么
为了保持简单，我们并没介绍更高级的概念比如pow和pos的对比，我们模拟了网络交互所以你可以看到区块链并且添加区块，但网络广播部分将以后再讲。
准备工作
因为我们使用GO，所以假设你已经是一个有经验的GO开发者了。安装并设置GO开发环境后，需要安装下面的三方包：
go get github.com/davecgh/go-spew/spew
spew可以更好的输出struct和slices，你值得拥有。
go get github.com/gorilla/mux
mux是一个流行的web服务框架，我们需要这个。
go get github.com/joho/godotenv
godotenv让我们从根目录的.env文件读取配置信息，这样http端口一类的配置就不需要硬编码在代码中了。
让我们在根目录创建一个.env文件，里面定义我们http服务的端口，内容就一行：
ADDR=8080
再创建一个main.go文件，所有的代码都将写在这里并且不会超过200行，让我们开始吧！
imports
首先引入我们需要的库：
package main
import (
"crypto/sha256"
"encoding/hex"
"encoding/json"
"io"
"log"
"net/http"
"os"
"time"
"github.com/davecgh/go-spew/spew"
"github.com/gorilla/mux"
"github.com/joho/godotenv"
)
数据模型
接下来定义一个struct作为区块，别担心，我们下面将解释每一个字段的作用：
type Block struct {
Index int
Timestamp string
BPM int
Hash string
PrevHash string
}
每一个Block中的数据都会写入到区块链中：
Index表示区块在区块链中的位置Timestamp是自动生成的并记录了数据写入时间BPM表示每分钟心跳次数Hash是sha256加密后的数据PrevHash表示前一个区块的Hash值
接下来，定义一个由Block组成的slices:
var Blockchain []Block
那么是如何把区块组成区块链的呢？我们使用Hash值来识别和保证区块的顺序正确。确保每个块中的PrevHash和前一个区块中的Hash一样，这样我们就知道了区块链的顺序。
Hashing和创建新区块
为什么需要进行Hash？主要有２个原因：
- 节省空间。Hash结果是由区块中全部数据计算产生的，在我们这个例子中仅仅有少量数据，但想象一下如果一个区块中有成百上千的数据，记录数据hash后的结果显然比一次又一次的拷贝全部数据更加高效。
- 保持区块链完整性。如上图，通过记录上一个区块的Hash值，我们能够确保区块链的顺序是正确的。如果有人恶意写入数据(比如想修改心跳来影响保险价格)，hash值将被改变而且区块链将被"打破”，并且每个人都能知道并且不信任那个恶意的链条。
现在创建一个函数来计算区块的Hash值：
func calculateHash(block Block) string {
record := string(block.Index) + block.Timestamp + string(block.BPM) + block.PrevHash
h := sha256.New()
h.Write([]byte(record))
hashed := h.Sum(nil)
return hex.EncodeToString(hashed)
}
calculateHash函数将Index、Timestamp、BPM、PrevHash链接成一个字符串并返回其SHA256后的结果。现在我们可以使用这些参数通过generateBlock函数创建一个新区块了。我们需要传入前一个区块和BPM值，不用担心这个BPM我们晚一些解释：
func generateBlock(oldBlock Block, BPM int) (Block, error) {
var newBlock Block
t := time.Now()
newBlock.Index = oldBlock.Index + 1
newBlock.Timestamp = t.String()
newBlock.BPM = BPM
newBlock.PrevHash = oldBlock.Hash
newBlock.Hash = calculateHash(newBlock)
return newBlock, nil
}
注意时间是使用time.now()自动创建的并且我们调用了之前写的calculateHash函数，PrevHash直接从前一个区块中拷贝出来，Index则是根据前一个区块的值自增１。
验证区块
现在我们需要写一些函数来确保区块链的真实性，通过检测Index来确保正确的自增，还需要检测PrevHash和前一个区块的Hash是否相同。最后我们再次使用calculateHash函数检查当前区块的Hash值。现在写一个isBlockValid函数并且返回bool类型，如果通过了全部的检查则返回true：
func isBlockValid(newBlock, oldBlock Block) bool {
if oldBlock.Index+1 != newBlock.Index {
return false
}
if oldBlock.Hash != newBlock.PrevHash {
return false
}
if calculateHash(newBlock) != newBlock.Hash {
return false
}
return true
}
如果有２个节点同时计算出正确的Hash值并且添加到各自的区块链中，那么我们该相信哪一条呢？我们选择最长的那条。这在区块链中是一个很典型的问题，并且坏人也无计可施。
节点很容易产生不同长度的链，自然而言的最长的链条有最新的数据和最后一个区块。所以我们需要确保拥有最长的链条，这样做我们可以使用最新的区块链来覆盖原来的。
通过简单的长度比较来实现这个功能：
func replaceChain(newBlocks []Block) {
if len(newBlocks) > len(Blockchain) {
Blockchain = newBlocks
}
}
恭喜！我们已经完成了所需要的基本函数，接下来我们想要一种简单的方法来查看和添加新区块。
### web服务
我们假设你已经很熟悉web服务是如何工作的并且会使用GO来实现，接下来将使用mux包来创建web服务：
func run() error {
mux := makeMuxRouter()
httpAddr := os.Getenv("ADDR")
log.Println("Listening on ", os.Getenv("ADDR"))
s := &http.Server{
Addr: ":" + httpAddr,
Handler: mux,
ReadTimeout: 10 * time.Second,
WriteTimeout: 10 * time.Second,
MaxHeaderBytes: 1 << 20,
}
if err := s.ListenAndServe(); err != nil {
return err
}
return nil
}
这里使用了之前在.env文件中定义的端口，并且通过log.Println输出一条消息来表明服务已经运行。
现在我们需要实现makeMuxRouter函数，为了实现在浏览器中读和写我们的区块链，我们需要２个简单的路由规则。GET请求来查看POST请求来创建新区块。
func makeMuxRouter() http.Handler {
muxRouter := mux.NewRouter()
muxRouter.HandleFunc("/", handleGetBlockchain).Methods("GET")
muxRouter.HandleFunc("/", handleWriteBlock).Methods("POST")
return muxRouter
}
处理GET请求的函数如下:
func handleGetBlockchain(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
bytes, err := json.MarshalIndent(Blockchain, "", " ")
if err != nil {
http.Error(w, err.Error(), http.StatusInternalServerError)
return
}
io.WriteString(w, string(bytes))
}
我们简单的使用json格式返回全部的区块链，当访问浏览器的localhost:8080端口时候我们可以看到结果。 如果你修改了.env文件中的ADDR，确保你访问的端口正确。
POST请求相对复杂一点，我们需要一个新结构体叫做Message，晚点解释为什么需要它:
type Message struct {
BPM int
}
处理这种请求的函数如下，我们晚点解释：
func handleWriteBlock(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
var m Message
decoder := json.NewDecoder(r.Body)
if err := decoder.Decode(&m); err != nil {
respondWithJSON(w, r, http.StatusBadRequest, r.Body)
return
}
defer r.Body.Close()
newBlock, err := generateBlock(Blockchain[len(Blockchain)-1], m.BPM)
if err != nil {
respondWithJSON(w, r, http.StatusInternalServerError, m)
return
}
if isBlockValid(newBlock, Blockchain[len(Blockchain)-1]) {
newBlockchain := append(Blockchain, newBlock)
replaceChain(newBlockchain)
spew.Dump(Blockchain)
}
respondWithJSON(w, r, http.StatusCreated, newBlock)
}
因为我们需要使用新结构体来接受来自POST请求的JSON数据，这样我们就可以简单的通过发送POST请求并附带下面这种数据来生成新区块了：
{"BPM":50}
50是一个心跳次数的例子，你可以随意替换。
当我们从请求的body中解码出数据到var m Message中，我们通过调用generateBlock函数并传递前一个区块和心跳次数作为参数来创建一个新区块。然后通过isBlockValid函数来进行验证。
２点说明：
spwe.Dump是一个转换函数可以在命令行中输出好看的结构体，这对于调试十分有用。- 为了测试POST请求，我们喜欢使用postman，如果你喜欢使用终端
curl也是不错的选择。
不管请求是否成功，我们都想收到通知。同样写一个函数来让我们知道发生了什么。记住，在GO语言中，永远不要忽略了error，要 优雅的处理它们。
func respondWithJSON(w http.ResponseWriter, r *http.Request, code int, payload interface{}) {
response, err := json.MarshalIndent(payload, "", " ")
if err != nil {
w.WriteHeader(http.StatusInternalServerError)
w.Write([]byte("HTTP 500: Internal Server Error"))
return
}
w.WriteHeader(code)
w.Write(response)
}
接下来，让我们完成main函数：
func main() {
err := godotenv.Load()
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
go func() {
t := time.Now()
genesisBlock := Block{0, t.String(), 0, "", ""}
spew.Dump(genesisBlock)
Blockchain = append(Blockchain, genesisBlock)
}()
log.Fatal(run())
}
这个函数都做什么了呢？
godotenv.Load()可以让我们从根目录.env文件中读取类似端口这种变量，这样就不用硬编码了。genesisBlock是main函数中最重要的部分，我们需要一个创世块，否则新的区块链就没有前一个区块的Hash了。- 我们分离了生成区块的代码到goroutine中，也就是分离区块链逻辑和web服务逻辑。
哈！完成了！
完整代码在 这里。
娱乐时间到，让我们试试。
打开终端并运行go run main.go，我们可以看到web服务启动并生成了一个区块：
在浏览器中访问本机端口，我们使用8080，同样的我们看到相同的区块：
接下来发送post请求生成区块：
刷新浏览器，我们将看到区块链中有新的区块并且PrevHash值等于老区块的Hash值，一切都在预料中！
下一步
恭喜，你已经完成了有Hash和验证功能你的区块链！你现在可以去探索更高级的主题比如:工作量证明、权益证明、智能合约、分布式app、边链等等。这篇文章并没有处理结合工作量证明挖矿的问题。这应该写一个单独的文章，并且很多区块链并没有使用工作量证明。此外网络广播部分现在是通过web服务模拟的，本文中没涉及到Ｐ２Ｐ相关知识。
