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golang はブロックチェーンを構築します

PHPz

リリース： 2023-05-14 17:54:08

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ブロックチェーンの概念は、2008 年のビットコインホワイトペーパーの発表以来、世界中で注目を集め、白熱した議論が行われてきました。その核となる価値は分散化と不変性です。近年、ブロックチェーン技術に対する人々の理解の深化とオープンソースコミュニティの発展に伴い、golang を使用してブロックチェーンを構築することがますます普及しています。

Golang は Google によって開発されたプログラミング言語で、効率性、シンプルさ、セキュリティなどの利点があり、マルチスレッドとガベージコレクションをサポートしています。この言語の機能は分散システムの開発に最適であり、さまざまなシナリオで優れたパフォーマンスを発揮します。この記事では、golangを使ってブロックチェーンを構築する方法を紹介します。

1. 概要

ブロックチェーンのコアテクノロジーは実際には非常にシンプルで、主に分散化、コンセンサスアルゴリズム、ブロックデータ構造、ブロックチェーンストレージと暗号化などで構成されています。このうち、ブロックチェーンの保存と暗号化にはハッシュアルゴリズムが使用されます。

golang では、実装に golang のハッシュアルゴリズムライブラリを使用できます。たとえば、crypto/sha256 ライブラリを使用してハッシュ計算を完了し、encoding/hex ライブラリを使用してハッシュ値を 16 進文字列に変換できます。このような実装は効率が高いだけでなく、ハッシュ値の高い信頼性も保証します。

2. データ構造

複数のブロックを含むブロックチェーンを定義し、各ブロックには 4 つの情報が含まれます:

BlockHeader ): 前のブロックが含まれます。 (PrevBlockHash)、タイムスタンプ (TimeStamp)、および現在のブロックのハッシュ値 (Hash)。
トランザクション情報 (トランザクション): 1 つ以上のトランザクションで構成されます。
ブロックの高さ (Height): ブロックチェーン全体における現在のブロックの高さを示します。
難易度値 (難易度): コンセンサスアルゴリズムが要件を満たしているかどうかを判断するために使用されます。

golang では、次の構造を使用してブロックを表現できます。

type Block struct {
  BlockHeader BlockHeader
  Transaction []Transaction
}

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

type Transaction struct {
  Data []byte
}

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このうち、[]byte はバイナリデータを表します。トランザクション情報は、特定のニーズに応じて定義できます。

3. ブロックチェーンストレージ

ブロックチェーンは分散システムであるため、すべての参加者はブロックチェーン全体のステータスを把握する必要があります。したがって、ブロックチェーンを分散データベースに保存する必要があります。

golang では、LevelDB や RocksDB などのデータベースをストレージとして使用できます。これらのデータベースは、高い同時実行性と高いスループットをサポートする軽量のキー/値データベースです。同時に、ハードディスクまたはメモリからのデータのロードをサポートし、データ圧縮とガベージコレクションを自動的に実行できます。

これらのデータベースを利用する場合、ブロックのハッシュ値をキーにしてブロックをデータベースに格納する必要があります。同時に、コンセンサスアルゴリズムの実装を容易にするために、現在のブロックチェーンの最長ブランチ (LongestChain) のハッシュ値と高さを記録する必要があります。

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
}

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4. コンセンサスアルゴリズム

ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムは、ブロックチェーンのセキュリティを確保するための中核です。一般的なコンセンサスアルゴリズムには、Proof-of-Work (「プルーフオブワーク」) およびプルーフオブステーク (「プルーフオブステーク」) が含まれます。

この記事では、Proof-of-Work アルゴリズムの実装のみを紹介します。 Proof-of-Work アルゴリズムでは、参加者が多数のハッシュ計算を実行する必要があり、計算結果が特定の条件を満たす必要があります。条件が満たされると、ノードによってマイニングされたブロックがネットワーク全体にブロードキャストされ、他のノードがステータスを確認して更新します。このように、ノード間で結託があったとしても、計算能力の違いによりネットワーク全体を欺くことはできません。

具体的な実装プロセスは次のとおりです。

最初に、ハッシュ値と最長の分岐の高さを記録します。
ノードが新しいブロックをマイニングしてネットワーク全体にブロードキャストすると、他のノードは受信後にまず基本的な検証 (前のブロックのハッシュが正しいかどうかなど) を実行し、次に、現在のブロックです。
検証プロセスでは、現在のブロックのハッシュ値をハッシュ化し、それを難易度の値と比較します。計算されたハッシュ値が難易度の値より小さい場合、ノードのワークロードが要件を満たしており、新しいブロックを独自のブロックチェーンに追加できることを意味します。そうしないと、ノードは他のノードによって拒否され、無効なノードとしてマークされます。
新しいブロックを受信した後、ブロックチェーンのセキュリティを確保するために、ノードは現在のブロックと依存するブロックを検証します。依存するブロックが無効な場合、現在のブロックも無効としてマークされます。

具体的な実装は、次のコードを通じて実行できます:

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
}

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実際のアプリケーションでは、フォークや悪意のある攻撃などの複雑な状況も考慮する必要があります。これは基本的な実装方法として紹介したものであり、実際のアプリケーションでは、必要に応じてさらに最適化を行う必要があります。

5. 概要

この記事では、データ構造、ブロックチェーンストレージ、コンセンサスアルゴリズムなど、golang を使用してブロックチェーンを構築する基本プロセスを紹介します。実用化においては、分散システムへの理解を強化し、パフォーマンスを確保しながらブロックチェーンのセキュリティを確保することも必要です。同時に、golang の効率性と信頼性により、より多くの選択肢が提供されます。

以上がgolang はブロックチェーンを構築しますの詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。