Golang construit la blockchain

Le concept de blockchain a suscité une attention mondiale et des discussions animées depuis la publication du livre blanc Bitcoin en 2008. Sa valeur fondamentale est la décentralisation et l’immuabilité. Ces dernières années, avec l'approfondissement de la compréhension de la technologie blockchain et le développement de la communauté open source, l'utilisation de Golang pour construire la blockchain est devenue de plus en plus populaire.

Golang est un langage de programmation développé par Google. Il présente les avantages d'efficacité, de simplicité, de sécurité, etc., et prend en charge le multithreading et le garbage collection. Les fonctionnalités de ce langage sont idéales pour développer des systèmes distribués et démontrent d'excellentes performances dans une variété de scénarios. Dans cet article, nous présenterons comment utiliser Golang pour créer une blockchain.

1. Présentation

La technologie de base de la blockchain est en fait très simple, principalement composée de décentralisation, d'algorithme de consensus, de structure de données en bloc, de stockage et de cryptage blockchain, etc. Parmi eux, le stockage et le cryptage de la blockchain utilisent un algorithme de hachage.

Dans Golang, nous pouvons utiliser la bibliothèque d'algorithmes de hachage de Golang pour l'implémentation. Par exemple, nous pouvons utiliser la bibliothèque crypto/sha256 pour compléter le calcul de hachage et la bibliothèque encoding/hex pour convertir la valeur de hachage en chaîne hexadécimale. Une telle implémentation est non seulement très efficace, mais garantit également une grande fiabilité de la valeur de hachage. crypto/sha256库来完成哈希计算，使用encoding/hex库将哈希值转换为十六进制字符串。这样的实现方式不仅效率高，而且可以确保哈希值的高可靠性。

二、数据结构

我们定义一个区块链包含多个区块，每个区块包含四个信息：

1. 区块头（BlockHeader）：包含前一个块（PrevBlockHash）、时间戳（TimeStamp）、当前块的哈希值（Hash）。
2. 交易信息（Transaction）：由一个或多个交易组成。
3. 区块高度（Height）：表示当前块在整个区块链中的高度。
4. 难度值（Difficulty）：用于判断共识算法是否满足要求。

在golang中，我们可以使用以下结构体表示一个区块：

type Block struct {
  BlockHeader BlockHeader
  Transaction []Transaction
}

type BlockHeader struct {
  PrevBlockHash []byte
  TimeStamp int64
  Hash []byte
}

type Transaction struct {
  Data []byte
}

其中，[]byte

2. Structure des données

Nous définissons une blockchain pour contenir plusieurs blocs, et chaque bloc contient quatre informations :

BlockHeader : inclut le bloc précédent (PrevBlockHash), l'horodatage (TimeStamp) ), la valeur de hachage du bloc actuel (Hash).

Informations sur les transactions (Transaction) : se composent d'une ou plusieurs transactions.

Hauteur du bloc (Height) : Indique la hauteur du bloc actuel dans l'ensemble de la blockchain.

Difficulté : utilisé pour juger si l'algorithme de consensus répond aux exigences.

En golang, on peut utiliser la structure suivante pour représenter un bloc :

type BlockChain struct {
  blocks []*Block
  db     *leveldb.DB
  LongestChainHash []byte // 最长分支的哈希值
  LongestChainHeight int   // 最长分支的高度
}

Parmi elles, []byte représente des données binaires. Les informations sur les transactions peuvent être définies en fonction de besoins spécifiques.

1. 3. Stockage Blockchain
2. Étant donné que la blockchain est un système distribué, tous les participants doivent connaître l'état de l'ensemble de la blockchain. Par conséquent, nous devons stocker la blockchain dans une base de données distribuée.
3. En Golang, nous pouvons utiliser des bases de données telles que LevelDB ou RocksDB pour le stockage. Ces bases de données sont des bases de données clé-valeur légères qui prennent en charge une concurrence élevée et un débit élevé. En même temps, ils prennent en charge le chargement de données à partir du disque dur ou de la mémoire et peuvent effectuer automatiquement la compression des données et le garbage collection.
4. Lors de l'utilisation de ces bases de données, nous devons stocker les blocs dans la base de données en fonction de la valeur de hachage du bloc comme clé. Dans le même temps, nous devons enregistrer la valeur de hachage et la hauteur de la branche la plus longue (LongestChain) de la blockchain actuelle pour faciliter la mise en œuvre de l'algorithme de consensus.

func (bc *BlockChain) AddBlock(b *Block) bool {
  if !bc.isValidBlock(b) {
    return false
  }
  bc.db.Put(b.Hash, []byte(b.Encode()))
  if b.BlockHeader.TimeStamp > bc.blocks[bc.LongestChainHeight-1].BlockHeader.TimeStamp {
    bc.LongestChainHash = b.Hash
    bc.LongestChainHeight = bc.blocks[bc.LongestChainHeight-1].BlockHeader.Height + 1
  }
  bc.blocks = append(bc.blocks, b)
  return true
}

func (bc *BlockChain) isValidBlock(b *Block) bool {
  prevBlock := bc.getPrevBlock(b)
  if prevBlock == nil {
    return false
  }
  if !isValidHash(b.Hash) {
    return false
  }
  if b.BlockHeader.TimeStamp <= prevBlock.BlockHeader.TimeStamp {
    return false
  }
  if !isValidProofOfWork(b) {
    return false
  }
  return true
}

func (bc *BlockChain) getPrevBlock(b *Block) *Block {
  if len(bc.blocks) == 0 {
    return nil
  }
  lastBlock := bc.blocks[len(bc.blocks)-1]
  if lastBlock.BlockHeader.Hash == b.BlockHeader.PrevBlockHash {
    return lastBlock
  }
  return nil
}

func isValidProofOfWork(b *Block) bool {
  hash := sha256.Sum256(b.Encode())
  target := calculateTarget()
  return hash[:4] == target
}

4. Algorithme de consensus
L'algorithme de consensus de la blockchain est au cœur de la garantie de la sécurité de la blockchain. Les algorithmes de consensus courants incluent la preuve de travail (« Preuve de travail ») et la preuve de participation (« Preuve de participation »).
Dans cet article, nous présentons uniquement la mise en œuvre de l'algorithme Proof-of-Work. L'algorithme de preuve de travail oblige les participants à effectuer un grand nombre de calculs de hachage et exige que les résultats des calculs remplissent certaines conditions. Si les conditions sont remplies, le bloc extrait par le nœud est diffusé sur l'ensemble du réseau et les autres nœuds vérifient et mettent à jour leur statut. De cette façon, même en cas de collusion entre les nœuds, l’ensemble du réseau ne peut pas être trompé en raison des différences de puissance de calcul.
Le processus de mise en œuvre spécifique est le suivant :
🎜Dans un premier temps, enregistrez la valeur de hachage et la hauteur de la branche la plus longue. 🎜🎜Lorsqu'un nœud exploite un nouveau bloc et le diffuse sur l'ensemble du réseau, les autres nœuds effectueront d'abord une vérification de base après l'avoir reçu (par exemple si le hachage du bloc précédent est correct), puis vérifieront le bloc actuel. 🎜🎜Le processus de vérification consiste à hacher la valeur de hachage du bloc actuel et à la comparer avec la valeur de difficulté. Si la valeur de hachage calculée est inférieure à la valeur de difficulté, cela signifie que la charge de travail du nœud répond aux exigences et que le nouveau bloc peut être ajouté à sa propre blockchain. Sinon, le nœud sera rejeté par les autres nœuds et marqué comme nœud invalide. 🎜🎜Après avoir reçu un nouveau bloc, afin d'assurer la sécurité de la blockchain, le nœud vérifiera le bloc actuel ainsi que les blocs dont il dépend. Si le bloc dont il dépend est invalide, le bloc actuel sera également marqué comme invalide. 🎜🎜🎜L'implémentation spécifique peut être effectuée via le code suivant : 🎜rrreee🎜Dans les applications réelles, des situations complexes telles que des forks et des attaques malveillantes doivent également être prises en compte. Ceci n'est présenté qu'en tant que méthode de mise en œuvre de base. Dans les applications réelles, une optimisation supplémentaire doit être effectuée en fonction de vos propres besoins. 🎜🎜5. Résumé🎜🎜Cet article présente le processus de base de construction d'une blockchain à l'aide de Golang, y compris la structure des données, le stockage de la blockchain et l'algorithme de consensus. Dans les applications pratiques, il est également nécessaire de renforcer la compréhension des systèmes distribués et d’assurer la sécurité de la blockchain tout en garantissant ses performances. Dans le même temps, l'efficacité et la fiabilité de Golang nous offrent également plus de choix. 🎜

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