区块链笔记（4）用JS写个简单的区块链原型
介绍了一些关于比特币的概念与机制，为了加深理解，本文基于JavaScript来实现一个简单的区块链原型，后续再对其进行不断丰富。
1. 概述
如前所述区块链模型的组成部分，包括区块，区块构成的区块链，以及保存区块链的数据持久层等。一个超简单的UML类图如下：
由于我是前端的，业余看了这么久区块链的理论，还是手痒痒谢谢代码，把这个类用JavaScript实现一下。写完之后发现目前阶段，对于区块链原型来说还是太过简单，不过如果说用来做前端面试题，考察下面向对象和Promise等知识点倒是挺接洽。
2. 定义区块数据模型
摘取比特币区块的详情进行修改，去除所有多余信息，只留下能描述区块最基本的信息，声明区块类如下：
class Block {
constructor(data) {
// 区块的属性值
this.hash = "";
this.height = 0;
this.body = data;
this.time = 0;
this.previousBlockHash = "";
}
}
module.exports.Block = Block;3. 数据持久层
其实用数组实现区块链是最简单的原型方案，但每次重启数组都会被清空，数据并不持久。所以这里引入levelDB数据库作为持久层来保存数据，相关操作可参考level。由于直接调用API，对于应用层来说过于麻烦，所以在此声明一个数据操作类LevelSandbox，该类不像传统的关系型数据库具有增、删、改、查等全部功能，由于区块链上数据的不可更改性，此类只包含增和查的操作。
3.1 根据key从数据库中获取数据
本文如下相关异步实现，都采用Promise的方式而非回调，其中好处作为前端工程师此处就不多介绍了，有需要了解的可异步Promise介绍，自行扩展阅读。
getLevelDBData(key) {
let self = this;
return new Promise(function(resolve, reject) {
self.db.get(key)
.then(value => {
console.log('Value = ' + value);
resolve(value)
})
.catch(err => {
console.log('Not found!');
reject(err)
})
});
}3.2 将key/value数据插入数据库中
以key/value的方式在数据库中存储，其key值得选取，这里考虑使用区块类中声明的height字段，该字段标识一个区块在链中的位序，同时也具有唯一性，非常合适。
addLevelDBData(key, value) {
let self = this;
return new Promise(function(resolve, reject) {
self.db.put(key, value)
.then(() => resolve())
.catch((err) => {
console.log('Block ' + key + ' submission failed');
reject(err)
})
});
}3.3 获取数据库中区块总数
createReadStream()方法创建一个读取数据库的流，这里的作用是为了遍历整库以获取存储的区块总数，另外此方法还可通过传参，设置遍历次序，详情可参阅文档。
getBlocksCount() {
let self = this;
return new Promise(function(resolve, reject){
let height = 0;
self.db.createReadStream()
.on('data', function () {
height++;
})
.on('error', function (error) {
reject('Unable to read data stream!', error);
})
.on('close', function () {
resolve(height);
});
});
}4. 区块链类
该类主要负责将新创建的区块添加进区块链，并验证链中各个区块的数据完整性。这个过程中少不了对区块数据的哈希处理，为方便起见，采用第三方库crypto-js实现的SHA256方法。
构想该类中的主要方法包括：
- createGenesisBlock()：生成起始区块
- getBlockHeight()：获取区块链长度
- getBlock(height)：获取指定区块
- addBlock(block)：将一个新区块加入区块链中
- validateBlock(block)：验证某个区块
- validateChain()：验证区块链
如下便实现其中主要的几个方法：
4.1 增加新区块
各个区块通过previousBlockHash属性，依次指向前一个区块来连接成链的，除首区块该属性为空外。
addBlock(block) {
return this.getBlockHeight()
.then(height => {
区块高度
block.height = height;
// UTC 时间戳
block.time = new Date().getTime().toString().slice(0, -3);
if (height > 0) {
this.getBlock(height - 1)
.then(preBlock => {
// 前一个区块的哈希值
block.previousBlockHash = preBlock.hash;
// 对区块进行哈希处理
block.hash = SHA256(JSON.stringify(block)).toString();
// 将新区快存入库中
this.bd.addLevelDBData(height, JSON.stringify(block));
})
.catch(error => console.log(error));
} else {
block.hash = SHA256(JSON.stringify(block)).toString();
this.bd.addLevelDBData(height, JSON.stringify(block));
}
})
.catch( error => console.log(error));
}4.2 验证单个区块完整性
验证方法就是应用了hash算法的性质：相同的数据经过hash后会生成相同的hash值。
validateBlock(height) {
// 获取区块的值
return this.getBlock(height)
.then(block => {
const objBlock = JSON.parse(block);
let blockHash = objBlock.hash;
objBlock.hash = '';
// 重新生成区块的哈希值
let validBlockHash = SHA256(JSON.stringify(objBlock)).toString();
objBlock.hash = blockHash;
// 比较以验证完整性
if (blockHash === validBlockHash) {
return Promise.resolve({isValidBlock: true, block: objBlock});
} else {
console.log('Block #'+blockHeight+' invalid hash:\n'+blockHash+'<>'+validBlockHash);
return Promise.resolve({isValidBlock: false, block: objBlock});
}
})
}4.3 验证整个区块链
通过依次校验每个区块以验证整条链的完整性。
validateChain() {
let errorLog = [];
let previousHash = '';
this.getBlockHeight()
.then(height => {
for (let i = 0; i < height; i++) {
this.getBlock(i)
.then(block => this.validateBlock(block.height))
.then(({isValidBlock, block}) => {
if (!isValidBlock) errorLog.push(i);
if (block.previousBlockHash !== previousHash) errorLog.push(i);
previousHash = block.hash;
if (i === height - 1) {
if (errorLog.length > 0) {
console.log(`Block errors = ${errorLog.length}`)
console.log(`Blocks: ${errorLog}`)
} else {
console.log('No errors detected')
}
}
})
}
})
}5. 生成测试数据
(function theLoop (i) {
setTimeout(function () {
let blockTest = new Block.Block("Test Block - " + (i + 1));
myBlockChain.addBlock(blockTest).then((result) => {
console.log(result);
i++;
if (i < 10) theLoop(i);
});
}, 10000);
})(0);作为一个区块链原型的样子算是初见端倪，但就目前的功能来说还非常简陋，说是原型都算抬举了，不过后面慢慢再丰富吧。这里也只算是对之前的一个实践性的小节。
文中以列出主要代码片段，整体实现其实不难，没贴出所有代码主要是为了表述思路更清晰些，若有朋友实现过程中有问题，可文下留言交流。