200行代码搞懂区块链

区块链的概念好理解，也不好理解。区块链是很多技术的合集，尤其是密码学对大多数工程师来说很陌生，更不用说更复杂的比特币。其实区块链很简单，最近看了一篇英文文章，介绍得很清楚，我根据自己的理解翻译，并且加上我的注解，希望可以让大家明白什么是区块链。

区块链的基本概念很简单：

区块链是一个基于共识机制的、去中心化的、公开的、不可篡改的分布式数据库。

有几个特点：

• 共识机制，很巧妙的设计，保证了数据的一致性

• 去中心化，是所有的节点都是对等的，没有中央节点，网络中的节点平起平坐。

• 公开的，大家都可以看到。实际上，一种理想的情况，各个节点都有完整的数据，然后共识机制来保证数据一致。

• 不可篡改，所有节点的监督，以及可以通过算法检查，密码学相关部分

我认为区块链的几个特点中，共识机制是最创新的。其他的只是技术的合集。去中心化这个特点，只能说看上去很美。比较理想的状况了。这里底层是有原因的，算力和资源的本质就是集中的。所以，挖矿这件事是违背去中心化的。不过已经很好了。这一点，很多比特币的狂热粉丝会和我争论，我们后面找机会展开。

第一步了解下区块的结构，因为是了解区块链，所以进行了简化，像重要的norance并没有提，所以，工作量证明也不包含在这篇文章里。一个区块包括：

• index

• timestamp 时间有序

• previous hash

代码如下：

class Block {
    constructor(index, previousHash, timestamp, data, hash) {        this.index = index;        this.previousHash = previousHash.toString();        this.timestamp = timestamp;        this.data = data;        this.hash = hash.toString();
    }
}

用来保证数据完整性，保证没有被篡改，我们这里采用和比特币一样的SHA-256算法。

var calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {    return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();
};

比特币中区块是通过“挖矿”得到的，不断的计算满足某个条件的hash值，这里通过简单的计算模拟：

sha256(index+hash+data+timestamp)

var generateNextBlock = (blockData) => {    var previousBlock = getLatestBlock();    var nextIndex = previousBlock.index + 1;    var nextTimestamp = new Date().getTime() / 1000;    var nextHash = calculateHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData);    return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData, nextHash);
};

这里，我们采用一个JS的数组来存储区块链，做一个模拟，我们初始化一个“创世区块”

var getGenesisBlock = () => {    return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");
};var blockchain = [getGenesisBlock()];

验证区块的完整性

这个是很重要的一点，实际上就是看数据是否一致，是否被篡改。计算hash进行比对。

var isValidNewBlock = (newBlock, previousBlock) => {    if (previousBlock.index + 1 !== newBlock.index) {        console.log('invalid index');        return false;
    } else if (previousBlock.hash !== newBlock.previousHash) {        console.log('invalid previoushash');        return false;
    } else if (calculateHashForBlock(newBlock) !== newBlock.hash) {        console.log('invalid hash: ' + calculateHashForBlock(newBlock) + ' ' + newBlock.hash);        return false;
    }    return true;
};

区块链合并

在网络中，同时会有多个矿工在挖矿，如果大家几乎同时提交，那么比特币就会出现“分叉”，那么怎么办呢？做法很简单，就是选择最长的链。如下图：

代码如下：

var replaceChain = (newBlocks) => {    if (isValidChain(newBlocks) && newBlocks.length > blockchain.length) {        console.log('Received blockchain is valid. Replacing current blockchain with received blockchain');
        blockchain = newBlocks;
        broadcast(responseLatestMsg());
    } else {        console.log('Received blockchain invalid');
    }
};

网络节点之间的通信

这部分很重要，比较关键的点在于保证网络中的区块链是同步的。如何保证呢？

• 当一个节点产生了一个新的区块，要广播给其他节点。

• 当一个节点和一个另一个节点建立了连接，要查询最新的区块。为了检查区块链是否一致，如果出现情况，按照下一步处理。

• 当接受到一个区块的index大于当前链的index，有几种情况：

  • 如果当前区块链上最新区块的hash和接受区块的previousHash相同，则加入区块链

  • 如果不相同：

    • 接受的区块数为1，则广播获取完整区块链，然后在合并

    • 接受的区块数大于1，则合并区块链

这里没有实现节点发现的机制，可以通过配置固定一些peer进行测试。

提供rest接口，对节点进行控制，模拟挖矿：

var initHttpServer = () => {    var app = express();
    app.use(bodyParser.json());

    app.get('/blocks', (req, res) => res.send(JSON.stringify(blockchain)));
    app.post('/mineBlock', (req, res) => {        var newBlock = generateNextBlock(req.body.data);
        addBlock(newBlock);
        broadcast(responseLatestMsg());        console.log('block added: ' + JSON.stringify(newBlock));
        res.send();
    });
    app.get('/peers', (req, res) => {
        res.send(sockets.map(s => s._socket.remoteAddress + ':' + s._socket.remotePort));
    });
    app.post('/addPeer', (req, res) => {
        connectToPeers([req.body.peer]);
        res.send();
    });
    app.listen(http_port, () => console.log('Listening http on port: ' + http_port));
};

网络中节点暴露rest接口和websocket接口，websocket接口主要用户网络节点之间的数据同步，维护数据一致性，rest接口主要用户提供功能操作。

这篇文章，主要是为了大家理解什么是区块链，或者单纯的区块链，不包含比特币相关特性的。有代码，差不多200行就实现了简单的功能完善的区块链，JavaScrip实现，代码简单很容易理解。相信通过这篇文章，都可以明白什么是区块链。至于挖矿、共识机制机制，我们在后续的文章中介绍。

如果要一起讨论区块链，可以加入“待字闺中读者群”小密圈，一起讨论区块链应用。

本文代码：

github:https://github.com/lhartikk/naivechain/blob/master/main.js