用Go構建區塊鏈——1.基本原型

本篇開始進入"用Go構建區塊鏈"系列，主要對原文進行翻譯。本篇對應原文如下：

Building Blockchain in Go. Part 1: Basic Prototype

話不多說，開始進入本文。

1、介紹

區塊鏈是21世紀最具革命性的技術之一，它仍在逐步發展中，並且其潛力還未被充分認識。本質上，區塊鏈只是一個分散式資料庫而已。但是，它的獨特之處在於它不是一個私人的資料庫，而是一個公用的，即每個使用它的人都擁有它的全部或部分複本。只有得到其他資料庫管理員的同意，新的記錄才能被加入。正因為由此區塊鏈，才使得加密貨幣和智能合約成為可能。

在本系列文章中，我們將構建一個基於簡單區塊鏈實現的簡單加密貨幣。

2、區塊

我們從"區塊鏈"的"區塊"部分開始。在區塊鏈中，它儲存有價值的資訊。例如，比特幣Block Storage交易資訊，這是所有加密貨幣的本質。除此之外，區塊還包含一些技術資訊，如版本號碼、目前時間戳和上一個區塊的雜湊。

在本文中，我們不會實現區塊鏈中描述的區塊，也不會是比特幣技術規範中的區塊，而是使用簡化版本，其中只包含重要訊息。這是它的樣子：

type Block struct {    Timestamp     int64    Data          []byte    PrevBlockHash []byte    Hash          []byte}

Timestamp 是目前時間戳(區塊被建立時), Data 是包含在區塊中的實際有價值的資訊，而 Hash 是當前區塊的雜湊。在比特幣技術規範中， Timestamp，PrevBlockHash 和 Hash 是區塊頭，它們形成一個單獨的資料結構，而交易（在我們的例子中是資料）是一個獨立的資料結構。我們這裡簡單起見，混合在一起了。

那麼，怎麼計算雜湊呢？雜湊的計算方式在區塊鏈中是一個非常重要的特性，正是這一特性使得區塊鏈更加安全。問題是計算雜湊是一個難以計算的操作，即使在很快的電腦上也需要話費很多時間（這就是為什麼人們購買強大的GPU來挖比特幣）。這是一個架構上有意為之的設計，這使得添加新的區塊變得困難，從而阻止添加後的修改。我們將在接下來的文章中去討論和實現這個機制。

現在，我們只取了區塊欄位，並把它們拼接起來，並在串連的組合上計算SHA-256雜湊。 讓我們在 SetHash 方法中完成這些操作：

func (b *Block) SetHash() {    timestamp := []byte(strconv.FormatInt(b.Timestamp, 10))    headers := bytes.Join([][]byte{b.PrevBlockHash, b.Data, timestamp}, []byte{})    hash := sha256.Sum256(headers)    b.Hash = hash[:]}

接下來，按照Golang的約定，我們將實現一個將簡化建立區塊的函數：

func NewBlock(data string, prevBlockHash []byte) *Block {    block := &Block{time.Now().Unix(), []byte(data), prevBlockHash, []byte{}}    block.SetHash()    return block}

好了，這就是區塊！

3、區塊鏈

現在我們來實現一個區塊鏈。其本質區塊鏈僅僅是一個具有特定結構的資料庫：它是一個有序的，尾部相連的鏈表。這意味著區塊按照插入的順序來儲存，並且每個區塊都連結著前一個區塊。該結構允許快速擷取鏈中的最新塊，並通過其雜湊（有效）擷取區塊。

在Golang中，這個結構可以通過使用array和map來實現：array儲存有序的雜湊 (Golang中，array是有序的)，並且 map 結構可以儲存 hash -> block 的匹配資訊。但在我們的區塊鏈原型中，我們只會使用一個array，因為我們暫時並不需要通過 雜湊來擷取區塊資訊。

type Blockchain struct {  blocks []*Block}

這是我們的第一塊區塊鏈！我從未想過它會如此輕鬆

現在，讓我們能夠給它添加一個區塊：

func (bc *Blockchain) AddBlock(data string) {    prevBlock := bc.blocks[len(bc.blocks)-1]    newBlock := NewBlock(data, prevBlock.Hash)    bc.blocks = append(bc.blocks, newBlock)}

就這樣！還是？

要添加新的區塊，我們需要一個已存在的區塊，然而我們的區塊鏈上還沒有一個區塊！因此，在任何區塊鏈中，必須至少有一個區塊，而這個區塊是鏈中的第一個區塊，稱為創世區塊。讓我們實現一個建立創世區塊的函數：

func NewGenesisBlock() *Block {    return NewBlock("Genesis Block", []byte{})}

現在，我們可以實現一個建立包含創世區塊的區塊鏈的函數：

func NewBlockchain() *Blockchain {    return &Blockchain{[]*Block{NewGenesisBlock()}}}

現在，讓我們來檢查一下區塊鏈是否正常工作：

func main() {    bc := NewBlockchain()    bc.AddBlock("Send 1 BTC to Ivan")    bc.AddBlock("Send 2 more BTC to Ivan")    for _, block := range bc.blocks {        fmt.Printf("Prev. hash: %x\n", block.PrevBlockHash)        fmt.Printf("Data: %s\n", block.Data)        fmt.Printf("Hash: %x\n", block.Hash)        fmt.Println()    }}

輸出：

Prev. hash:Data: Genesis BlockHash: aff955a50dc6cd2abfe81b8849eab15f99ed1dc333d38487024223b5fe0f1168Prev. hash: aff955a50dc6cd2abfe81b8849eab15f99ed1dc333d38487024223b5fe0f1168Data: Send 1 BTC to IvanHash: d75ce22a840abb9b4e8fc3b60767c4ba3f46a0432d3ea15b71aef9fde6a314e1Prev. hash: d75ce22a840abb9b4e8fc3b60767c4ba3f46a0432d3ea15b71aef9fde6a314e1Data: Send 2 more BTC to IvanHash: 561237522bb7fcfbccbc6fe0e98bbbde7427ffe01c6fb223f7562288ca2295d1

沒錯，就這樣！

4、總結

我們構建了一個非常簡單的區塊鏈原型：它只是一個包含有區塊的數組，每個區塊和前一個相串連。真實的區塊鏈比這個複雜得多。在我們的區塊鏈中，添加新的區塊非常簡單而且很好，但是在真實的區塊鏈中添加新區塊需要做很多工作：一是需要在添加區塊前做一些複雜的計算來擷取添加區塊的許可權(這個過程被稱為 工作量證明 )。另外，區塊鏈是一個分散式資料庫，其沒有單一的決策者。因此，一個新的區塊必須得到網路的其他參與者的確認和同意（這種機制被稱為共識）。而且，我們的區塊鏈還沒有交易！

在以後的文章中，我們將介紹這些功能。

連結：
1.擷取源碼：https://github.com/Jeiwan/blockchain_go/tree/part_1
2.區塊雜湊演算法：https://en.bitcoin.it/wiki/Block_hashing_algorithm

由於水平有限，翻譯品質不太好，歡迎大家拍磚。