Основная концепция блокчейна довольно проста: распределенная база данных, которая поддерживает постоянно растущий список упорядоченных записей.

Однако, многоe остается непонятным, когда мы говорим о блокчейне, так же остается много проблем, которые мы пытаемся решить с его помощью. Это относится и к популярным блокчейн проектам, таким как Биткоин (Bitcoin) и Эфириума (Ethereum). Термин «блокчейн» обычно сильно привязан к концепции типа денежных переводов, смарт-контрактов или криптовалюты.

Это делает понимание блокчейна сложнее, чем есть на самом деле. Особенно исходный код. Здесь я пройдусь по супер-простой реализации блокчейна в 200 строк кода JavaScript под названием NaiveChain.

Структура блока


Первый логический шаг — определиться со структурой блока. Чтобы оставить все как можно проще, мы включили только самое необходимое: индекс, отметка, данные, хэш и хэш предыдущего блока.

image
Хэш предыдущего блока необходимо найти в блоке для сохранения целостности цепи

class Block {
    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


Блок должен быть хэширован, чтобы сохранить целостность данных. SHA256 отвечает за содержание блока. Следует отметить, что этот хэш не имеет ничего общего с «майнингом», поскольку нет подтверждения работы — решения задачи.

var calculateHash = (index, previousHash, timestamp, data) => {
    return CryptoJS.SHA256(index + previousHash + timestamp + data).toString();
};

Генерация блока


Для создания блока нужно знать хэш предыдущего блока, а остальное необходимо создавать из следующего содержания (= index, hash, data и timestamp). Блок-дата — это некая информация, которая передается конечному пользователю.

var generateNextBlock = (blockData) => {
    var previousBlock = getLatestBlock();
    var nextIndex = previousBlock.index + 1;
    var nextTimestamp = new Date().getTime() / 1000;
    var nextHash = calculateHash(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData);
    return new Block(nextIndex, previousBlock.hash, nextTimestamp, blockData, nextHash);
};

Хранение блоков


В памяти массив JavaScript используется для хранения блокчейн. Первый блок в блокчейн — это всегда так называемый «генезис-блок», имеющий следующий код:

var getGenesisBlock = () => {
    return new Block(0, "0", 1465154705, "my genesis block!!", "816534932c2b7154836da6afc367695e6337db8a921823784c14378abed4f7d7");
};

var blockchain = [getGenesisBlock()];

Проверка целостности блоков


В любой момент времени мы должны быть в состоянии проверить, является ли блок или цепочка блоков допустимыми с точки зрения целостности. Это особенно актуально, когда мы получаем новые блоки от других узлов и должны решить, принимать их или нет.

var isValidNewBlock = (newBlock, previousBlock) => {
    if (previousBlock.index + 1 !== newBlock.index) {
        console.log('invalid index');
        return false;
    } else if (previousBlock.hash !== newBlock.previousHash) {
        console.log('invalid previoushash');
        return false;
    } else if (calculateHashForBlock(newBlock) !== newBlock.hash) {
        console.log('invalid hash: ' + calculateHashForBlock(newBlock) + ' ' + newBlock.hash);
        return false;
    }
    return true;
};

Выбираем самую длинную цепочку


Всегда должен быть только один явный набор блоков в цепи в один момент времени. В случае возникновения конфликтов (например, два узла как в созданном блоке № 72) мы выбираем цепь, которая имеет самый длинный ряд блоков.

image

var replaceChain = (newBlocks) => {
    if (isValidChain(newBlocks) && newBlocks.length > blockchain.length) {
        console.log('Received blockchain is valid. Replacing current blockchain with received blockchain');
        blockchain = newBlocks;
        broadcast(responseLatestMsg());
    } else {
        console.log('Received blockchain invalid');
    }
};

Общение с другими узлами
Важной функцией узла является — разделение и синхронизация блокчейн с другими узлами. Правила — используемые для поддержания синхронизации сети:

  • Когда узел генерирует новый блок, он транслирует его в сеть
  • Когда узел подключается к новой одноранговой сети он опирается на последний блок
  • Когда узел обнаруживает блок, который имеет индекс больший, чем текущий известный блок, он либо добавляет блок в его нынешнем состоянии в свою собственную цепь либо поддерживает для заполнения блокчейна.

image
Некоторые типичные коммуникационные сценарии, которые следуют, когда узлы подчиняться описанному протоколу

Нет никакого автоматического взаимного обнаружения. Местоположения (=URL-адреса) стороны должны быть добавлены вручную.

Контроль над узлом (node`ой)


Пользователь, в некотором роде, должен иметь возможность контролировать узел. Это делается путем настройки http-сервера.

var initHttpServer = () => {
    var app = express();
    app.use(bodyParser.json());

    app.get('/blocks', (req, res) => res.send(JSON.stringify(blockchain)));
    app.post('/mineBlock', (req, res) => {
        var newBlock = generateNextBlock(req.body.data);
        addBlock(newBlock);
        broadcast(responseLatestMsg());
        console.log('block added: ' + JSON.stringify(newBlock));
        res.send();
    });
    app.get('/peers', (req, res) => {
        res.send(sockets.map(s => s._socket.remoteAddress + ':' + s._socket.remotePort));
    });
    app.post('/addPeer', (req, res) => {
        connectToPeers([req.body.peer]);
        res.send();
    });
    app.listen(http_port, () => console.log('Listening http on port: ' + http_port));
};

Как видно, пользователь может взаимодействовать с узлом следующими способами:

  • Просматривать список всех блоков
  • Создавать новый блок с содержанием, заданным пользователем
  • Просматривать или добавлять одноранговых пользователей

Наиболее простой способ управления узлом — например с помощью Curl:

#получить все блоки из узла
curl http://localhost:3001/blocks

Архитектура


Следует отметить, что узел фактически предоставляет два веб-сервера: один для пользователя, чтобы контролировать узел (http-сервер) и один для одноранговой (peer-to-peer) связи между узлами.(websocket сервер http)

image
Основные компоненты NaiveChain

Заключение


NaiveChain был создан для демонстрационных и учебных целей. До тех пор, пока у него нет «майнинг» алгоритма для (PoS of PoW) он не может использоваться в общедоступной сети. Тем не менее он реализует основные функции для реализации блокчейн.