區塊鏈齊步走

想要理解區塊鏈如何工做最好的方式就是製做一個啦。

Learn Blockchains by Building One 加密貨幣與區塊鏈（三）：什麼是信任

Keywords

ruby, blockchain, consensus

A

做爲一個匪菜大軍中的一員，不瞭解區塊鏈是不能稱爲一個合格的匪菜的。空氣幣的火熱，讓更多的匪菜充滿了渴望，彷佛咱們也須要了解一些在這個背後的基礎。瞭解這個其實並非很簡單，由於更多的匪菜喜歡看到的是綠色的漲幅，而不是背後的技術，你能夠在得（不）道上面找到不少奇怪的Talk，可是你的確得不到。
我喜歡邊作邊學，看完下面的例子，我相信你能成爲一顆不同的匪菜。

B

區塊鏈（Blockchain），顧名思義就是由塊組成的鏈，每個塊就是一些數據，而後經過一種手法把這個塊鏈接起來，就是用一個哈希函數 H，把block B[i]的哈希值 H(B[i]) 包含在下一個 block B[i+1] 裏。H 具備單向性，也就是知道 B 就很容易算出 H(B)，可是反過來若是隻知道 H(B) 的值很難構造出一個知足條件的 B。固然啦，這個其實就是一個鏈表，POC。這樣作的結果就意味着若是其中任何一塊被修改了。而由於 H(B0) 是 B1 的一部分，因此致使 H(B1) 也要跟着變。若是有人要修改記錄在這個鏈上的數據，就須要修改後面全部的塊。這個就叫作Merkle List。若是你用過Gayhub，那麼你應該也知道，Git存儲的方式就是基於Merkle List。

C

在你開始以前，我和大家說這篇教程使用的是Ruby語言寫的。這裏用了一些很簡單的庫來幫助咱們能夠作一個簡單的Web Application，cuba, faraday。這裏就很少作解釋了。

STEP 1

在開始前，你能夠在這裏看到源代碼傳送門

咱們在這裏建立一個Blockchain的Blueprint

class Blockchain
end
複製代碼

Emmmm, that was a joke.

class Blockchain

  class << self
    def hash blk
      
    end
  end
  def initialize
  end

  def new_block
  end

  def new_transacction
  end

  def last_block
  end
end
複製代碼

咱們的Blockchain是用來對鏈初始化，而後添加一些經常使用的操做的，new_block, new_transaction, hash等。

那麼一個Block應該是什麼樣子的呢？

block = {
    'index': 1,
    'timestamp': 1506057125,
    'transactions': [
        {
            'sender': "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00",
            'recipient': "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f",
            'amount': 5,
        }
    ],
    'proof': 324984774000,
    'previous_hash': "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"
}
複製代碼

接下來咱們須要建立新的塊了，在咱們的Blockchain初始化的時候，咱們須要給他一個創世塊，一個沒有祖先的塊，同時咱們也須要給創世塊增長一個 proof ，這是挖礦的結果，我稍後再說啦。

咱們如今須要瞭解什麼是 PoW （Proof of Work），顧名思義就是新的區塊是如何產生或者如何被挖出來的，它存在的目的就是發現可以解決一個問題的數字，這個數字須要具有兩個屬性，難找和易驗證。

咱們舉一個簡單的例子

from hashlib import sha256
x = 5
y = 0  # We don't know what y should be yet...
while sha256(f'{x*y}'.encode()).hexdigest()[-1] != "0":
    y += 1
print(f'The solution is y = {y}')
複製代碼

那麼結果就是21，在比特幣中，PoW的算法叫作Hashcash，和上面的例子是差很少的，礦工們算出結果以後是會被獎賞的，礦工會在一個交易中收到一個幣。

PoW算法是很簡單的，那麼咱們如今的題目就是：
找到一個數字p，使得hash(pp')的結果包含是由4個0開頭的。這裏p表明以前的proof，p'是新的proof

...

def PoW(last_proof)
  # proof of work algorithm (PoW)
  proof = 0
  while valid_proof?(last_proof, proof) == false
    proof += 1
  end
  proof
end
...

private
def valid_proof?(last_proof, proof)
  Digest::SHA256.hexdigest("#{last_proof}#{proof}")[0..3] == "0000"
end
複製代碼

若是你須要修改算法的難度，那麼你只須要修改以0開頭的個數就能夠了。

STEP 2

咱們這裏用 cuba 作一個很小的 web 服務，它主要包含了三個功能

• POST /transactions/new 生成一筆新的交易
• GET /mine 告訴服務器產生一個新的塊
• GET /chain 把當前鏈返回

node_identifier = SecureRandom.hex(20)
blockchain = Blockchain.new


Cuba.define do
  on get do
    on 'mine' do
      last_block = blockchain.last_block
      last_proof = last_block[:proof]
      proof = blockchain.PoW(last_proof)

      blockchain.new_transaction("0", node_identifier.to_s, 1)

      previous_hash = Blockchain.hash(last_block)
      blk = blockchain.new_block(proof, previous_hash)

      data = {
        message: 'new block forged',
        index: blk[:index],
        transactions: blk[:transactions],
        proof: blk[:proof],
        previous_hash: blk[:previous_hash]
      }
      as_json {{ data: data }}
    end

    on 'chain' do
      as_json do
        {
          data: {
            chain: blockchain.chain,
            length: blockchain.chain.count
          }
        }
      end
    end

  end

  on post do
    on 'transactions/new' do
      on param('sender'), param('recipient'), param('amount') do |sender, recipient, amount|
        index = blockchain.new_transaction(sender,recipient, amount.to_f)

        as_json {{ data: "transaction will be added to block #{index}"}}
      end

      on true do
        as_json 400 do
          { error: 'missing params'}
        end
      end
    end

  end
end

複製代碼

接下來就能夠跑一跑咱們的簡單的服務器啦

thin start -p 3000
複製代碼

你可使用 Postman 或者 curl 來調用咱們的服務。

STEP 3

共識，這個很重要，在分佈式系統中，你須要保證數據的一致性，因此你須要知道咱們須要經過一種什麼樣的算法來保證咱們始終指向一條鏈。

• POST /nodes/register 咱們把當前網絡的節點都存到一個地方
• GET /nodes/resolve 這個地方用來解決衝突

def valid_chain?(chain)
  last_block = chain[0]
  current_index = 1

  while current_index < chain.size
    block = chain[current_index]
    puts "count 1"
    # Check that the hash of the block is correct
    if block[:previous_hash] != Blockchain.hash(last_block)
      return false
    end

    # Check that the Proof of Work is correct
    if !valid_proof?(last_block[:proof], block[:proof])
      return false
    end

    last_block = block
    current_index += 1
  end
  return true

end
def resolve_conflicts
  new_chain = nil
  # Only looking for chains longer than this one
  max_length = @chain.count
  aval = @nodes.delete @current_node
  aval.each do |node|
    conn = Faraday.new(url: "http://#{node}/chain")

    res = conn.get do |conn_get|
      conn_get.options.open_timeout = 15
      conn_get.options.timeout = 15
    end
    if res.status == 200
      content = JSON.parse(res.body, symbolize_names: true)
      length = content[:data][:length]
      chain = content[:data][:chain]
      ap "node #{node} len #{length > max_length} valid_chain #{valid_chain?(chain)}"
      if length > max_length && valid_chain?(chain)
        max_length = length
        new_chain = chain
      end
    end
  end

  if new_chain
    puts "found new chain here"
    @chain = new_chain
    return true
  end
  return false
end

# in server.rb

on 'nodes/resolve' do

  blockchain.current_node = "#{env["SERVER_NAME"]}:#{env["SERVER_PORT"]}"
  resolved = blockchain.resolve_conflicts
  if resolved
    data = {
      message: "our chain was replaced",
      new_chain: blockchain.chain
    }
  else
    data = {
      message: "our chain was authorized",
      new_chain: blockchain.chain
    }
  end

  as_json {{ data: data }}
end
複製代碼

valid_chain? 用來判斷這個鏈是否正確的，能夠看到 resolve_conflicts 裏面主要用到的判斷就是鏈長和是不是一條合格的鏈，若是更長而且合法，那麼當前的鏈就替換爲該鏈。不過這裏值得注意的是，你須要把nodes中的本身的節點移除掉，這樣實際上是能夠提升速度，並能夠解決一個問題，單線程的機器中，你不能call本身。（會有一個OpenTimeOUt的錯誤，老是這裏你把本身自己的節點去掉就能夠了。）

到這裏，你就能夠用另外一臺機器或者使用不一樣的端口來模擬多個節點，我這邊 Rakefile 裏面默認是經過單機不一樣端口來模擬多個節點。

完整的代碼請參考傳送門

你能夠開始和小夥伴們玩耍這個蠢蠢的鏈了

但願這個東西可以給你一些啓發。

固然啦，最後送上一句話。

若是你認爲技術能解決安全問題，那麼你既不懂安全也不懂技術。 :)

有不少關於區塊鏈的文章都說「區塊鏈解決的核心問題是信任問題」，可是我沒有看到有人回答了關鍵的問題：到底什麼是信任？什麼是所謂「信任問題」，它存不存在？什麼算是「解決了信任問題」？事實上若是在 Google 上搜一下這句話，會找到大量的複製粘貼和人云亦云。Brice Schneier 書裏那句話改一改也是適用的，若是有人認爲技術能解決信任問題，那麼他恐怕既不懂信任也不懂技術。