Golang實(shí)現(xiàn)自己的區(qū)塊鏈：以太坊的簡化版

背景介紹：

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于區(qū)塊鏈的研究越來越深入。而以太坊作為目前比較成熟的區(qū)塊鏈平臺(tái)之一，其智能合約的特性在眾多應(yīng)用場景中都得到了廣泛的應(yīng)用。在這篇文章中，我們將會(huì)通過 Golang 來實(shí)現(xiàn)一個(gè)自己的區(qū)塊鏈，它將會(huì)是一個(gè)簡化版的以太坊，擁有基本的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)和智能合約功能，用來加深我們對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的理解。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)：

首先，我們需要了解一下區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)，包括其如何生成區(qū)塊，如何在交易中生成 hash 值以及如何實(shí)現(xiàn)智能合約的功能等。

1、區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)

在實(shí)現(xiàn)自己的區(qū)塊鏈前，我們需要確定區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)。一個(gè)區(qū)塊鏈主要由以下幾個(gè)部分組成：

區(qū)塊：區(qū)塊是區(qū)塊鏈中的基本組成部分。每個(gè)區(qū)塊中包含一個(gè)或多個(gè)交易，同時(shí)還包含了前一個(gè)區(qū)塊的 hash 值以及當(dāng)前區(qū)塊的 timestamp、nonce 等信息。每個(gè)區(qū)塊的 hash 值是由其包含交易的 merkle root、前一區(qū)塊的 hash 值以及 timestamp、nonce 等信息共同計(jì)算而來。

交易：交易是區(qū)塊鏈中的基本單元，它記錄了發(fā)送者、接收者、交易數(shù)量以及一些其它的元數(shù)據(jù)。具體來說，對(duì)于本篇文章中的區(qū)塊鏈，交易包含兩個(gè)部分，即 data 和 toAddress，其中 data 表示交易的信息，toAddress 表示交易的接收者地址。

挖礦：挖礦是區(qū)塊鏈中的一個(gè)關(guān)鍵過程。在每次生成新的交易后，將會(huì)啟動(dòng)挖礦過程，在所有的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行計(jì)算，直到有一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)獲得了正確的 hash 值，這時(shí)將會(huì)生成一個(gè)新的區(qū)塊，并將所有的交易加入到新的區(qū)塊中。

智能合約：智能合約是以太坊中的一個(gè)非常重要的特性，它允許開發(fā)者編寫代碼，將其部署到區(qū)塊鏈上，從而實(shí)現(xiàn)分布式應(yīng)用的運(yùn)行。在本篇文章中，我們將實(shí)現(xiàn)簡單的智能合約功能，允許用戶在區(qū)塊鏈上上傳代碼，并通過調(diào)用該代碼來完成一些操作。

2、實(shí)現(xiàn)步驟

了解了區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)后，我們來一步步實(shí)現(xiàn)這個(gè)簡化版的以太坊。具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（1）定義區(qū)塊結(jié)構(gòu)

定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體 Block，其中包含區(qū)塊的基本信息，包括索引 index，時(shí)間戳 timestamp，數(shù)據(jù) data，難度值 Difficulty，前一區(qū)塊的 hash 值 PrevBlockHash，當(dāng)前區(qū)塊的 hash 值 Hash，以及工作量證明的 Nonce。

type Block struct {

Index int64 // 當(dāng)前區(qū)塊在整個(gè)區(qū)塊鏈中的索引

Timestamp int64 // 區(qū)塊創(chuàng)建時(shí)間戳

ToAddress string // 交易接收地址

Data byte // 區(qū)塊交易信息

Difficulty int64 // 工作量證明難度值

PrevBlockHash byte // 前一區(qū)塊的 hash 值

Hash byte // 當(dāng)前區(qū)塊 hash 值

Nonce int64 // 工作量證明隨機(jī)數(shù)

}

（2）計(jì)算區(qū)塊 hash 值

在一個(gè)區(qū)塊鏈中，每個(gè)區(qū)塊的 hash 值是由多個(gè)因素共同決定的，包括其包含交易的 merkle root、前一區(qū)塊的 hash 值以及 timestamp、nonce 等信息。因此，在實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈時(shí)，我們需要定義 calcHash 函數(shù)，用來計(jì)算區(qū)塊的 hash 值。

func (block *Block) calcHash() byte {

data := bytes.Join(

byte{

block.PrevBlockHash,

byte(strconv.FormatInt(block.Timestamp, 10)),

byte(strconv.Itoa(int(block.Difficulty))),

byte(strconv.Itoa(int(block.Index))),

byte(strconv.Itoa(int(block.Nonce))),

block.Data,

},

byte{},

)

hash := sha256.Sum256(data)

return hash

}

（3）創(chuàng)建區(qū)塊

在實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈時(shí)，我們需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù) generateBlock，用來生成一個(gè)新的區(qū)塊。生成新的區(qū)塊需要指定交易信息以及前一區(qū)塊的 hash 值，同時(shí)還需要對(duì)當(dāng)前區(qū)塊進(jìn)行工作量證明，從而確認(rèn)其合法性。

func generateBlock(prevBlock *Block, toAddress string, data byte) *Block {

newBlock := &Block{}

newBlock.Index = prevBlock.Index + 1

newBlock.Timestamp = time.Now().Unix()

newBlock.ToAddress = toAddress

newBlock.Data = data

newBlock.Difficulty = 1

newBlock.PrevBlockHash = prevBlock.Hash

var nonce int64

for {

newBlock.Nonce = nonce

if newBlock.isValidHash() {

break

}

nonce++

}

newBlock.Hash = newBlock.calcHash()

return newBlock

}

在 generateBlock 函數(shù)中，我們首先創(chuàng)建一個(gè)新的區(qū)塊，并設(shè)置其基本信息，包括索引、時(shí)間戳以及數(shù)據(jù)。然后，我們開始進(jìn)行工作量證明，即不斷嘗試不同的 nonce 值，計(jì)算該區(qū)塊的 hash 值，直到找到一個(gè)合法的 hash 值為止。

（4）實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈

在實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈時(shí)，我們需要定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體 Blockchain，用來包含所有的區(qū)塊，以及實(shí)現(xiàn)一些基本的操作。

type Blockchain struct {

Blocks *Block

}

首先，我們需要實(shí)現(xiàn) addBlock 函數(shù)，用來將新的區(qū)塊加入到區(qū)塊鏈中。

func (blockchain *Blockchain) addBlock(block *Block) {

blockchain.Blocks = append(blockchain.Blocks, block)

}

接下來，我們需要實(shí)現(xiàn) generateGenesisBlock 函數(shù)，用來生成創(chuàng)世區(qū)塊。創(chuàng)世區(qū)塊是第一個(gè)區(qū)塊，它的 PrevBlockHash 值為 nil，同時(shí)在該區(qū)塊中可以設(shè)置一些默認(rèn)的數(shù)據(jù)。

func (blockchain *Blockchain) generateGenesisBlock() {

genesisBlock := &Block{}

genesisBlock.Index = 0

genesisBlock.Timestamp = time.Now().Unix()

genesisBlock.Data = byte("Genesis Block")

genesisBlock.Difficulty = 1

genesisBlock.PrevBlockHash = nil

var nonce int64

for {

genesisBlock.Nonce = nonce

if genesisBlock.isValidHash() {

break

}

nonce++

}

genesisBlock.Hash = genesisBlock.calcHash()

blockchain.addBlock(genesisBlock)

}

最后，我們需要實(shí)現(xiàn)函數(shù) isValidChain，用來驗(yàn)證當(dāng)前的區(qū)塊鏈?zhǔn)欠窈戏?。?yàn)證區(qū)塊鏈合法性的方法有多種，本篇文章中我們采用比較簡單的方法，即對(duì)于每個(gè)區(qū)塊，都進(jìn)行一次工作量證明，并驗(yàn)證其 hash 值是否正確。

func (blockchain *Blockchain) isValidChain() bool {

for i := 1; i < len(blockchain.Blocks); i++ {

currBlock := blockchain.Blocks

prevBlock := blockchain.Blocks

if !bytes.Equal(currBlock.PrevBlockHash, prevBlock.Hash) {

return false

}

if !currBlock.isValidHash() {

return false

}

}

return true

}

（5）實(shí)現(xiàn)智能合約

在實(shí)現(xiàn)簡化版的以太坊時(shí)，我們還需要實(shí)現(xiàn)智能合約的功能。在本篇文章中，我們將實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的智能合約，即上傳代碼并通過調(diào)用該代碼完成一些操作。

具體來說，我們將實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)智能合約：

- SetData：將指定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈中。

- GetData：從區(qū)塊鏈中讀取指定的數(shù)據(jù)。

為了實(shí)現(xiàn)智能合約，我們需要定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體 Contract 并在其中定義智能合約的相關(guān)信息，包括合約名字 name、合約代碼 code，以及合約存儲(chǔ)地址 address。

type Contract struct {

Name string // 合約名稱

Code byte // 合約代碼

Address string // 合約存儲(chǔ)地址

Function mapfunc(byte) byte

}

在 Contract 結(jié)構(gòu)體中，我們還需要定義一個(gè) Function 字段，用來存儲(chǔ)智能合約的相關(guān)函數(shù)。在本篇文章中，我們只需要實(shí)現(xiàn) SetData 和 GetData 兩個(gè)函數(shù)，并將其加入到 Function 字段中。

func (contract *Contract) SetData(data byte) byte {

contract.Address = hex.EncodeToString(sha256.Sum256(data))

return byte("Set Data")

}

func (contract *Contract) GetData(data byte) byte {

return byte("Get Data")

}

最后，我們可以將 Contract 結(jié)構(gòu)體加入到區(qū)塊鏈中，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈的智能合約功能。

總結(jié)：

在本篇文章中，我們通過 Golang 來實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡化版的以太坊區(qū)塊鏈，實(shí)現(xiàn)了基本的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)和智能合約功能。通過這個(gè)例子，我們可以更好地理解區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理，同時(shí)也能夠更好地理解區(qū)塊鏈技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的作用。

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