只用200行Go代碼寫一個自己的區塊鏈！
區塊鏈是目前最熱門的話題，廣大讀者都聽說過比特幣，或許還有智能合約，相信大家都非常想了解這一切是如何工作的。這篇文章就是幫助你使用 Go 語言來實現一個簡單的區塊鏈，用不到 200 行代碼來揭示區塊鏈的原理！高可用架構也會持續推出更多區塊鏈方面文章，歡迎點擊上方藍色『高可用架構』關註。
“用不到200行 Go 代碼就能實現一個自己的區塊鏈！” 聽起來有意思嗎？有什麽能比開發一個自己的區塊鏈更好的學習實踐方法呢？那我們就一起來實踐下！
因為我們是一家從事醫療健康領域的科技公司，所以我們采用人類平靜時的心跳數據（BPM心率）作為這篇文章中的示例數據。讓我們先來統計一下你一分鐘內的心跳數，然後記下來，這個數字可能會在接下來的內容中用到。
通過本文，你將可以做到：
- 創建自己的區塊鏈
- 理解 hash 函數是如何保持區塊鏈的完整性
- 如何創造並添加新的塊
- 多個節點如何競爭生成塊
- 通過瀏覽器來查看整個鏈
- 所有其他關於區塊鏈的基礎知識
但是，對於比如工作量證明算法（PoW）以及權益證明算法（PoS）這類的共識算法文章中將不會涉及。同時為了讓你更清楚得查看區塊鏈以及塊的添加，我們將網絡交互的過程簡化了，關於 P2P 網絡比如“全網廣播”這個過程等內容將在下一篇文章中補上。
讓我們開始吧！
設置
我們假設你已經具備一點 Go 語言的開發經驗。在安裝和配置 Go 開發環境後之後，我們還要獲取以下一些依賴：
go get github.com/davecgh/go-spew/spew
spew 可以幫助我們在 console 中直接查看 struct 和 slice 這兩種數據結構。
go get github.com/gorilla/mux
Gorilla 的 mux 包非常流行， 我們用它來寫 web handler。
go get github.com/joho/godotenv
godotenv 可以幫助我們讀取項目根目錄中的 .env 配置文件，這樣我們就不用將 http port 之類的配置硬編碼進代碼中了。比如像這樣：
ADDR=8080
接下來，我們創建一個 main.go 文件。之後我們的大部分工作都圍繞這個文件，讓我開始編碼吧！
導入依賴
我們將所有的依賴包以聲明的方式導入進去：
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"
)
數據模型
接著我們來定義一個結構體，它代表組成區塊鏈的每一個塊的數據模型：
type Block struct {
Index int
Timestamp string
BPM int
Hash string
PrevHash string
}
- Index 是這個塊在整個鏈中的位置
- Timestamp 顯而易見就是塊生成時的時間戳
- Hash 是這個塊通過 SHA256 算法生成的散列值
- PrevHash 代表前一個塊的 SHA256 散列值
- BPM 每分鐘心跳數，也就是心率。還記得文章開頭說到的嗎？
接著，我們再定義一個結構表示整個鏈，最簡單的表示形式就是一個 Block 的 slice：
var Blockchain []Block
我們使用散列算法（SHA256）來確定和維護鏈中塊和塊正確的順序，確保每一個塊的 PrevHash 值等於前一個塊中的 Hash 值，這樣就以正確的塊順序構建出鏈：
散列和生成塊
我們為什麽需要散列？主要是兩個原因：
- 在節省空間的前提下去唯一標識數據。散列是用整個塊的數據計算得出，在我們的例子中，將整個塊的數據通過 SHA256 計算成一個定長不可偽造的字符串。
- 維持鏈的完整性。通過存儲前一個塊的散列值，我們就能夠確保每個塊在鏈中的正確順序。任何對數據的篡改都將改變散列值，同時也就破壞了鏈。以我們從事的醫療健康領域為例，比如有一個惡意的第三方為了調整“人壽險”的價格，而修改了一個或若幹個塊中的代表不健康的 BPM 值，那麽整個鏈都變得不可信了。
我們接著寫一個函數，用來計算給定的數據的 SHA256 散列值：
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)
}
這個 calculateHash 函數接受一個塊，通過塊中的 Index，Timestamp，BPM，以及 PrevHash 值來計算出 SHA256 散列值。接下來我們就能便攜一個生成塊的函數：
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
}
其中，Index 是從給定的前一塊的 Index 遞增得出，時間戳是直接通過 time.Now() 函數來獲得的，Hash 值通過前面的 calculateHash 函數計算得出，PrevHash 則是給定的前一個塊的 Hash 值。
校驗塊
搞定了塊的生成，接下來我們需要有函數幫我們判斷一個塊是否有被篡改。檢查 Index 來看這個塊是否正確得遞增，檢查 PrevHash 與前一個塊的 Hash 是否一致，再來通過 calculateHash 檢查當前塊的 Hash 值是否正確。通過這幾步我們就能寫出一個校驗函數：
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
}
除了校驗塊以外，我們還會遇到一個問題：兩個節點都生成塊並添加到各自的鏈上，那我們應該以誰為準？這裏的細節我們留到下一篇文章，這裏先讓我們記住一個原則：始終選擇最長的鏈。
通常來說，更長的鏈表示它的數據（狀態）是更新的，所以我們需要一個函數
能幫我們將本地的過期的鏈切換成最新的鏈：
func replaceChain(newBlocks []Block) {
if len(newBlocks) > len(Blockchain) {
Blockchain = newBlocks
}
}
到這一步，我們基本就把所有重要的函數完成了。接下來，我們需要一個方便直觀的方式來查看我們的鏈，包括數據及狀態。通過瀏覽器查看 web 頁面可能是最合適的方式！
Web 服務
我猜你一定對傳統的 web 服務及開發非常熟悉，所以這部分你肯定一看就會。
借助 Gorilla/mux 包，我們先寫一個函數來初始化我們的 web 服務：
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
}
其中的端口號是通過前面提到的 .env 來獲得，再添加一些基本的配置參數，這個 web 服務就已經可以 listen and serve 了！
接下來我們再來定義不同 endpoint 以及對應的 handler。例如，對“/”的 GET 請求我們可以查看整個鏈，“/”的 POST 請求可以創建塊。
func makeMuxRouter() http.Handler {
muxRouter := mux.NewRouter()
muxRouter.HandleFunc("/", handleGetBlockchain).Methods("GET")
muxRouter.HandleFunc("/", handleWriteBlock).Methods("POST")
return muxRouter
}
GET 請求的 handler：
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))
}
為了簡化，我們直接以 JSON 格式返回整個鏈，你可以在瀏覽器中訪問 localhost:8080 或者 127.0.0.1:8080 來查看（這裏的8080就是你在 .env 中定義的端口號 ADDR）。
POST 請求的 handler 稍微有些復雜，我們先來定義一下 POST 請求的 payload：
type Message struct {
BPM int
}
再看看 handler 的實現：
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)
}
我們的 POST 請求體中可以使用上面定義的 payload，比如：
{"BPM":75}
還記得前面我們寫的 generateBlock 這個函數嗎？它接受一個“前一個塊”參數，和一個 BPM 值。POST handler 接受請求後就能獲得請求體中的 BPM 值，接著借助生成塊的函數以及校驗塊的函數就能生成一個新的塊了！
除此之外，你也可以：
- 使用spew.Dump 這個函數可以以非常美觀和方便閱讀的方式將 struct、slice 等數據打印在控制臺裏，方便我們調試。
- 測試 POST 請求時，可以使用 POSTMAN 這個 chrome 插件，相比 curl它更直觀和方便。
POST 請求處理完之後，無論創建塊成功與否，我們需要返回客戶端一個響應：
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)
}
快要大功告成了
接下來，我們把這些關於區塊鏈的函數，web 服務的函數“組裝”起來：
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())
}
這裏的 genesisBlock （創世塊）是 main 函數中最重要的部分，通過它來初始化區塊鏈，畢竟第一個塊的 PrevHash 是空的。
哦耶！完成了
你們可以從這裏獲得完整的代碼：Github repo[1]
讓我們來啟動它：
go run main.go
在終端中，我們可以看到 web 服務器啟動的日誌信息，並且打印出了創世塊的信息：
接著我們打開瀏覽器，訪問 localhost:8080 這個地址，我們可以看到頁面中展示了當前整個區塊鏈的信息（當然，目前只有一個創世塊）：
接著，我們再通過 POSTMAN 來發送一些 POST 請求：
刷新剛才的頁面，現在的鏈中多了一些塊，正是我們剛才生成的，同時你們可以看到，塊的順序和散列值都正確。
下一步
剛剛我們完成了一個自己的區塊鏈，雖然很簡單（陋），但它具備塊生成、散列計算、塊校驗等基本能力。接下來你就可以繼續深入的學習區塊鏈的其他重要知識，比如工作量證明、權益證明這樣的共識算法，或者是智能合約、Dapp、側鏈等等。
目前這個實現中不包括任何 P2P 網絡的內容，我們會在下一篇文章中補充這部分內容，當然，我們鼓勵你在這個基礎上自己實踐一遍！
相關鏈接
http://www.aibbt.com/a/18702.html
- https://github.com/mycoralhealth/blockchain-tutorial/blob/master/main.go
只用200行Go代碼寫一個自己的區塊鏈！