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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「區(qū)塊鏈研究實(shí)驗(yàn)室」，作者鏈三豐。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系區(qū)塊鏈研究實(shí)驗(yàn)室公眾號(hào)。

什么是區(qū)塊鏈?建造一個(gè)難嗎?從哪里開(kāi)始?使用哪種編程語(yǔ)言?

相信我，在遇到對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)感興趣的人時(shí)，我經(jīng)常會(huì)遇到這些問(wèn)題，您也可能遇到其中的一些問(wèn)題。

在線(xiàn)上有大量的區(qū)塊鏈資源，但是將它們理解為這項(xiàng)蓬勃發(fā)展的技術(shù)的新手，這讓人感到不知所措。

在這篇文章中，我將step by step給你展示，你就會(huì)明白blockchain以及如何的基本概念，采用方案一的Python，Javascript，或Golang 。

我選擇這些語(yǔ)言是因?yàn)榇蠖鄶?shù)人都熟悉它們，尤其是Javascript和Python。但是出于速度，耐用性和安全性的考慮，大多數(shù)區(qū)塊鏈核心引擎都是內(nèi)置的c / c ++(比特幣，EOS)，Go(超級(jí)賬本結(jié)構(gòu)，以太坊)，Java(以太坊)，Rust，Haskell和/或Ruby(以太坊)然后提供與其他易于使用的編程語(yǔ)言。

此外，一些區(qū)塊鏈引擎結(jié)合了多種編程語(yǔ)言，以實(shí)現(xiàn)健壯性并易于開(kāi)發(fā)人員使用，以太坊是最佳用例。

先決條件：

• 網(wǎng)絡(luò)
• 密碼學(xué)
• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法
• 分布式系統(tǒng)
• Javascript / Go / Python

您只需要基本概念即可對(duì)拳頭區(qū)塊鏈原型進(jìn)行編程。

什么是區(qū)塊鏈?

讓我們先了解一下，區(qū)塊鏈不是比特幣，區(qū)塊鏈不是數(shù)字貨幣， 區(qū)塊鏈?zhǔn)且惶滓呀?jīng)存在的不同技術(shù)。

讓我們通過(guò)舉一個(gè)例子來(lái)簡(jiǎn)化事情，因?yàn)楣こ處煂?duì)數(shù)字的理解會(huì)更好。讓我們來(lái)看一個(gè)存儲(chǔ)一些信息的MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。

使用上述數(shù)據(jù)庫(kù)，我們可以：

• 做一些CRUD(創(chuàng)建，檢索，更新和刪除)操作，
• 將相同的信息存儲(chǔ)兩次，
• 刪除整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，
• 我們不能與他人共享敏感信息，
• 數(shù)據(jù)庫(kù)可以集中化(單點(diǎn)故障，安全問(wèn)題)，
• 無(wú)法信任存儲(chǔ)在其中的所有內(nèi)容。
• 一些數(shù)據(jù)庫(kù)可以允許表之間的關(guān)系(例如RDBMS)，而另一些數(shù)據(jù)庫(kù)則不能容忍這種關(guān)系(例如NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù))，
• 惡意的人可能會(huì)炸毀數(shù)據(jù)庫(kù)
• 需要一名數(shù)據(jù)庫(kù)管理員(他/她可以更改或泄露信息)
• 用戶(hù)無(wú)法控制自己的數(shù)據(jù)
• 等等…

那么，為什么我們需要不同的東西，可靠的東西，獨(dú)立于人的東西，自動(dòng)的東西，不可變的東西呢?那就是區(qū)塊鏈開(kāi)始的地方。

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)安全，可信的去中心化數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)。

“Truth can only be found in one place: the code. ”

區(qū)塊鏈?zhǔn)且贿B串的區(qū)塊，區(qū)塊類(lèi)似于數(shù)據(jù)庫(kù)中的表，但是它們不能被刪除或更新，區(qū)塊包含稱(chēng)為交易的信息和其他附加數(shù)據(jù)。這些區(qū)塊經(jīng)過(guò)密碼驗(yàn)證并鏈接形成一個(gè)不變的區(qū)塊鏈，稱(chēng)為區(qū)塊鏈或分類(lèi)賬。

然后，同一條鏈通過(guò)P2P網(wǎng)絡(luò)分布到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)。

因此，代替集中式數(shù)據(jù)庫(kù)，跨節(jié)點(diǎn)共享的所有事務(wù)(數(shù)據(jù))都包含在塊中，這些塊鏈接在一起以創(chuàng)建分類(lèi)帳。該分類(lèi)賬代表區(qū)塊鏈中的所有數(shù)據(jù)。分類(lèi)賬中的所有數(shù)據(jù)均通過(guò)加密哈希和數(shù)字簽名進(jìn)行保護(hù)，并通過(guò)共識(shí)算法進(jìn)行驗(yàn)證。網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)參與以確保跨網(wǎng)絡(luò)分布的所有數(shù)據(jù)副本都是相同的。

在區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)中要記住的5個(gè)關(guān)鍵概念：

• 加密哈希和數(shù)字簽名
• 不變的分類(lèi)帳
• P2P網(wǎng)絡(luò)
• 共識(shí)算法(PoW，PoS，PBFT，ETc…)
• 塊驗(yàn)證(采礦，鍛造等)

我們將繼續(xù)詳細(xì)解釋這些概念。

使用區(qū)塊鏈的好處：

• 刪除中介組織
• 不變的分類(lèi)帳
• 透明度
• 安全

何時(shí)使用區(qū)塊鏈?

區(qū)塊鏈不是靈丹妙藥，因此在以下情況下使用它：

• 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)無(wú)需修改(存在證明)
• 數(shù)據(jù)不能被其所有者拒絕(不可否認(rèn))
• 你想權(quán)力下放
• 你想要一個(gè)真理的源頭
• 您想要高安全性
• 您不必?fù)?dān)心速度(例如，比特幣平均需要10分鐘才能驗(yàn)證一筆交易)。

但是某些區(qū)塊鏈速度更快，因?yàn)樗鼈兪褂贸齈oW之外的不同共識(shí)算法

我們稍后再討論。

區(qū)塊鏈用例

區(qū)塊鏈應(yīng)用領(lǐng)域

• 房地產(chǎn)：土地所有權(quán)
• 醫(yī)療保健：安全記錄患者的數(shù)據(jù)
• 財(cái)務(wù)：減少稅收和中介機(jī)構(gòu)，反洗錢(qián)，跨境支付
• 供應(yīng)鏈：跟蹤從供應(yīng)商到客戶(hù)的商品(真實(shí)性，原創(chuàng)內(nèi)容的創(chuàng)建)
• 網(wǎng)絡(luò)安全：DDOS攻擊
• 將權(quán)力交還給用戶(hù)：擁有數(shù)據(jù)并與所需的人安全地共享(DID)
• 加密貨幣兌換
• 投票機(jī)制

區(qū)塊鏈平臺(tái)和應(yīng)用

• 比特幣
• 以太坊
• 織物
• EOS
• 鏈環(huán)
• 卡爾達(dá)諾
• 等等…

區(qū)塊鏈類(lèi)型

• 私有：僅在內(nèi)部使用，并且在我們更了解用戶(hù)的情況下使用(例如Hyperledger Fabric)
• 公開(kāi)：每個(gè)人都可以看到正在發(fā)生的事情(比特幣，以太坊)
• 混合：合并前兩個(gè)。

“Talk is cheap. Show me the code.”

有兩種方法可以構(gòu)建區(qū)塊鏈：

• 一種簡(jiǎn)單的方法是使用現(xiàn)有的預(yù)先構(gòu)建的區(qū)塊鏈開(kāi)源資源，例如以太坊，F(xiàn)abric，EOS等…
• 如果它們都不符合您的要求，那么請(qǐng)從頭開(kāi)始構(gòu)建

在本系列中，我們將從頭開(kāi)始構(gòu)建一個(gè)，以便您可以徹底了解區(qū)塊鏈的狀態(tài)機(jī)。

如何建立區(qū)塊鏈?

好的，現(xiàn)在讓我們用三種不同的編程語(yǔ)言Go，Python和Javascript創(chuàng)建第一個(gè)小區(qū)塊鏈demo。這些原型可以幫助您理解我們前面介紹的概念。

首先，我們將創(chuàng)建一個(gè)塊，第二，我們將添加數(shù)據(jù)(標(biāo)題和正文)給它，第三，我們將散列塊，和最后但并非最不重要，我們將鏈中的所有塊了。

一個(gè)塊包含前面提到的信息，但是為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，我們將刪除一些信息。讓我們深入研究細(xì)節(jié)!

希望您像我之前提到的那樣熟悉Go編程，如果不嘗試學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)：函數(shù)，方法，數(shù)據(jù)類(lèi)型，結(jié)構(gòu)，流控制，迭代等…

創(chuàng)建一個(gè)文件夾并向其中添加2個(gè)文件， main.go and block.go

資料夾結(jié)構(gòu)：

go // the folder 
  main.go // file 1 
  block.go // file 2 

main.go

// use the main package 
package main 
//import the fmt package 
import ( 
"fmt" 
) 
func main(){ 
fmt.Println("I am building my first blockchain") // print this 
CreateBlock("The hearder will be shown here", "the body will be shown here") // call the function that will create the block and pass some parameters in it. 
} 

如果您運(yùn)行此程序，則由于該CreateBlock函數(shù)尚未定義，因此將顯示錯(cuò)誤消息，因此請(qǐng)繼續(xù)在其中創(chuàng)建它block.go：

block.go

package main 
import ( 
"fmt" // this will help us to print on the screen 
) 
func CreateBlock(Header, Body string){ 
fmt.Println(Header ,"\n", Body) // Show me the block content 
} 

Go的優(yōu)點(diǎn)在于您不必導(dǎo)入或?qū)С龊瘮?shù)，只需使用大寫(xiě)字母聲明它們，Go就會(huì)為您找到它們。現(xiàn)在打開(kāi)終端并移至您創(chuàng)建的文件夾，run go build然后.\go在Windows，./goLinux和Macbook上運(yùn)行。

我們剛剛創(chuàng)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的Go程序，該程序調(diào)用一個(gè)函數(shù)并傳遞一些字符串?dāng)?shù)據(jù)。讓我們繼續(xù)做更多美好的事情。讓我們添加2個(gè)文件，blockchain.go而structures.go現(xiàn)在我們有4個(gè)文件：main.go, block.go, structures.go, and blockchain.go

我將在代碼的每一行中添加一些注釋?zhuān)允鼓私馕以谧鍪裁础?/p>

structures.go

package main //Import the main package 
// Create the Block data structure 
// A block contains this info: 
type Block struct { 
  Timestamp         int64  // the time when the block was created 
  PreviousBlockHash []byte // the hash of the previous block 
  MyBlockHash       []byte // the hash of the current block 
  AllData           []byte // the data or transactions (body info) 
} 
 
// Prepare the Blockchain data structure : 
type Blockchain struct { 
  Blocks []*Block // remember a blockchain is a series of blocks 
} 

block.go

package main 
 
import ( 
  // We will need these libraries: 
  "bytes"         // need to convert data into byte in order to be sent on the network, computer understands better the byte(8bits)language 
  "crypto/sha256" //crypto library to hash the data 
  "strconv"       // for conversion 
  "time"          // the time for our timestamp 
) 
 
// Now let's create a method for generating a hash of the block 
// We will just concatenate all the data and hash it to obtain the block hash 
func (block *Block) SetHash() { 
  timestamp := []byte(strconv.FormatInt(block.Timestamp, 10))                                  // get the time and convert it into a unique series of digits 
  headers := bytes.Join([][]byte{timestamp, block.PreviousBlockHash, block.AllData}, []byte{}) // concatenate all the block data 
  hash := sha256.Sum256(headers)                                                               // hash the whole thing 
  block.MyBlockHash = hash[:]                                                                  // now set the hash of the block 
} 
 
// Create a function for new block generation and return that block 
func NewBlock(data string, prevBlockHash []byte) *Block { 
  block := &Block{time.Now().Unix(), prevBlockHash, []byte{}, []byte(data)} // the block is received 
  block.SetHash()                                                           // the block is hashed 
  return block                                                              // the block is returned with all the information in it 
} 
 
/* let's now create the genesis block function that will return the first block. The genesis block is the first block on the chain */ 
func NewGenesisBlock() *Block { 
  return NewBlock("Genesis Block", []byte{}) // the genesis block is made with some data in it 
} 

blockchain.go

package main 
 
// create the method that adds a new block to a blockchain 
func (blockchain *Blockchain) AddBlock(data string) { 
  PreviousBlock := blockchain.Blocks[len(blockchain.Blocks)-1] // the previous block is needed, so let's get it 
  newBlock := NewBlock(data, PreviousBlock.MyBlockHash)        // create a new block containing the data and the hash of the previous block 
  blockchain.Blocks = append(blockchain.Blocks, newBlock)      // add that block to the chain to create a chain of blocks 
} 
 
/* Create the function that returns the whole blockchain and add the genesis to it first. the genesis block is the first ever mined block, so let's create a function that will return it since it does not exist yet */ 
func NewBlockchain() *Blockchain { // the function is created 
  return &Blockchain{[]*Block{NewGenesisBlock()}} // the genesis block is added first to the chain 
} 

main.go

//Time to put everything together and test 
package main 
import ( 
  "fmt" // just for printing something on the screen 
) 
func main() { 
  newblockchain := NewBlockchain() // Initialize the blockchain 
  // create 2 blocks and add 2 transactions 
  newblockchain.AddBlock("first transaction")  // first block containing one tx 
  newblockchain.AddBlock("Second transaction") // second block containing one tx 
  // Now print all the blocks and their contents 
  for _, block := range newblockchain.Blocks { // iterate on each block 
    fmt.Printf("Hash of the block %x\n", block.MyBlockHash)                 // print the hash of the block 
    fmt.Printf("Hash of the previous Block: %x\n", block.PreviousBlockHash) // print the hash of the previous block 
    fmt.Printf("All the transactions: %s\n", block.AllData)                 // print the transactions 
  } // our blockchain will be printed 
} 

讓我們現(xiàn)在運(yùn)行它，go build然后.\go

我們?cè)趨^(qū)塊鏈中的區(qū)塊沒(méi)有任何ID和時(shí)間戳，因此讓我們通過(guò)修改main.go文件來(lái)添加該信息，并在中添加這兩行for loop：

fmt.Printf("Block ID : %d \n", i)                                         
fmt.Printf("Timestamp : %d \n", block.Timestamp+int64(i)) 

//Time to put everything together and test 
package main 
 
import ( 
  "fmt" // just for printing something on the screen 
) 
 
func main() { 
  newblockchain := NewBlockchain() // Initialize the blockchain 
  // create 2 blocks and add 2 transactions 
  newblockchain.AddBlock("first transaction")  // first block containing one tx 
  newblockchain.AddBlock("Second transaction") // second block containing one tx 
  // Now print all the blocks and their contents 
  for i, block := range newblockchain.Blocks { // iterate on each block 
    fmt.Printf("Block ID : %d \n", i)                                        // print the block ID 
    fmt.Printf("Timestamp : %d \n", block.Timestamp+int64(i))                // print the timestamp of the block, to make them different, we just add a value i 
    fmt.Printf("Hash of the block : %x\n", block.MyBlockHash)                // print the hash of the block 
    fmt.Printf("Hash of the previous Block : %x\n", block.PreviousBlockHash) // print the hash of the previous block 
    fmt.Printf("All the transactions : %s\n", block.AllData)                 // print the transactions 
  } // our blockchain will be printed 
} 

讓我們保存代碼，go build然后再次運(yùn)行它，然后./go

如您所見(jiàn)，區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)良好。除創(chuàng)世塊外，每個(gè)塊均包含其哈希值和上一個(gè)塊的哈希值，這使其不可變，如果更改了該塊中的數(shù)據(jù)，則哈希值將自動(dòng)更改，并且該塊將被丟棄。創(chuàng)世塊沒(méi)有任何先前的哈希，因?yàn)樗堑谝粋€(gè)哈希，沒(méi)有先前的塊。

全部完成!恭喜，您剛剛在Go created中創(chuàng)建了自己的區(qū)塊鏈DEMO!