avatar

Блокчейн за 200 строк кода: пример простой реализации на JavaScript

Наука и техника

Понять концепцию блокчейна (англ. block chain, цепочка блоков транзакций) довольно просто: это распределенная (т.е. размещенная не на одном компьютере, а на различных устройствах компьютерной сети) база данных, которая поддерживает постоянно растущий организованный список записей. Но также просто спутать блокчейн с задачами, которые мы пытаемся с помощью него решить — на данный момент в сознании людей термин довольно прочно связан с концепциями транзакций, умных контрактов или криптовалюты.

Только вот блокчейн — это не то же самое, что биткоин, и понять основы работы цепочки блоков намного проще, чем кажется, особенно в контексте исходного кода, на котором она строится. В этой статье предлагается построить простую модель с помощью 200 строк кода на JavaScript. Исходный код проекта, который мы назовем NaiveChain, вы можете найти на GitHub. Сразу оговорим, что этот материал создан исключительно в обучающих целях, рассматривает лишь основы построения таких цепочек и является своеобразной песочницей — здесь вообще не упоминается майнинг, например.

Мы будем использовать стандарт ECMAScript 6. Если вам нужно освежить в памяти его особенности, воспользуйтесь нашей шпаргалкой: часть 1 и часть 2.

Структура блока

Первый шаг — определить элементы, которые должен содержать блок. Для простоты включим только самое необходимое: индекс (index), временную метку (timestamp), данные (data), хеш и хеш предыдущего блока, который нужно записывать, чтобы сохранить структурную целостность цепи.

Наука и техника: Блокчейн за 200 строк кода: пример простой реализации на JavaScript

1
2
3
4
5
6
7
8
9
classBlock{
    constructor(index,previousHash,timestamp,data,hash){
        this.index=index;
        this.previousHash=previousHash.toString();
        this.timestamp=timestamp;
        this.data=data;
        this.hash=hash.toString();
    }
}

 

Хеш блока

Хеширование блоков нужно для сохранения целостности данных. В нашем примере для этого применяется алгоритм SHA-256. Этот вид хеша не имеет отношения к майнингу, так как мы в данном случае не реализуем защиту с помощью доказательства выполнения работы.

1
2
3
varcalculateHash=(index,previousHash,timestamp,data)=>{
    returnCryptoJS.SHA256(index+previousHash+timestamp+data).toString();
};

 

Генерируем блок

Для генерации блока нам нужно знать хеш предыдущего блока и внести остальные элементы, которые мы обозначили в структуре блока. Данные предоставляются конечным пользователем.

1
2
3
4
5
6
7
vargenerateNextBlock=(blockData)=>{
    varpreviousBlock=getLatestBlock();
    varnextIndex=previousBlock.index+1;
    varnextTimestamp=newDate().getTime()/1000;
    varnextHash=calculateHash(nextIndex,previousBlock.hash,nextTimestamp,blockData);
    returnnewBlock(nextIndex,previousBlock.hash,nextTimestamp,blockData,nextHash);
};

 

Хранение блоков

Для хранения блокчейна используем массив. Первый блок всегда является жестко заданным «генезис-блоком».

1
2
3
4
5
vargetGenesisBlock=()=>{
    returnnewBlock(0,«0»,1465154705,«my genesis block!!»,«816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7»);
};
 
varblockchain=[getGenesisBlock()];

 

Подтверждаем целостность блоков

Мы всегда должны иметь возможность подтвердить целостность блока или цепи. Особенно когда получаем новые блоки с других узлов и должны решить, принимать их или нет.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
varisValidNewBlock=(newBlock,previousBlock)=>{
    if(previousBlock.index+1!==newBlock.index){
        console.log('неверный индекс');
        returnfalse;
    }elseif(previousBlock.hash!==newBlock.previousHash){
        console.log('неверный хеш предыдущего блока');
        returnfalse;
    }elseif(calculateHashForBlock(newBlock)!==newBlock.hash){
        console.log('неверный хеш: '+calculateHashForBlock(newBlock)+' '+newBlock.hash);
        returnfalse;
    }
    returntrue;
};

 

Выбираем самую длинную цепь

Последовательность блоков в цепи всегда должна быть задана явно, поэтому в случае конфликтов (например, на двух узлах одновременно сгенерированы блоки под одним и тем же номером) мы выбираем цепь, в которой содержится большее количество блоков.

Наука и техника: Блокчейн за 200 строк кода: пример простой реализации на JavaScript

1
2
3
4
5
6
7
8
9
varreplaceChain=(newBlocks)=>{
    if(isValidChain(newBlocks)&&newBlocks.length>blockchain.length){
        console.log('Принятый блокчейн является валидным. Происходит замена текущего блокчейна на принятый');
        blockchain=newBlocks;
        broadcast(responseLatestMsg());
    }else{
        console.log('Принятый блокчейн не является валидным');
    }
};

 

Сообщение с другими узлами сети

Неотъемлемая часть узла — обмен данными с другими узлами. Следующие правила используются для поддержания синхронизации в сети:

  • Когда узел генерирует новый блок, он сообщает об этом в сеть;
  • Когда узел подсоединяется к новому пиру, он запрашивает информацию о последнем сгенерированном блоке;
  • Когда узел сталкивается с блоком, у которого индекс больше, чем у него, он либо добавляет блок к своей цепи, либо запрашивает информацию о полной цепи.

Автоматический поиск пиров не осуществляется, все ссылки добавляются в ручную.
Наука и техника: Блокчейн за 200 строк кода: пример простой реализации на JavaScript

Контроль за узлом

Пользователь должен иметь возможность каким-то образом контролировать узел, что решается с помощью установки сервера HTTP. При взаимодействии с узлом доступны следующие функции:

  • Вывести список всех блоков;
  • Создать новый блок с пользовательским контентом;
  • Вывести списком или добавить пиры.

Самый прямой путь взаимодействия — с помощью cURL:

1
2
# вывести список всех блоков на узле
curl http://localhost:3001/blocks


Архитектура

Стоит заметить, что узел обращается к двум веб серверам: к HTTP для пользовательского контроля за узлом и к Websocket HTTP для установки соединения P2P между узлами.
Наука и техника: Блокчейн за 200 строк кода: пример простой реализации на JavaScript
Готово! Мы реализовали простой небольшой блокчейн. Со всеми деталями проекта можно ознакомиться в репозитории автора на GitHub.

link

Комментариев — 1

Оставить комментарий