JS 实现区块链网络
这里主要 JS 实现区块链 实现的部分继续下去,对 Blockchain 这个对象有一些修改,如果使用 TS 的话可能要修改对应的 interface,但是如果是 JS 的话就无所谓了。
需要安装的依赖有:
express
body-parser
现在的 express 已经不内置 body-parser,需要作为单独的依赖下载
request
不下载会报错,是使用 request-promise 所需要的依赖
request-promise
可选的依赖包包括:
- concurrently
- nodemon
这两个主要为了方便热更新,详情参考:TypeScript 服务端热更新
⚠️:request 和 request-promise 已经 deprecated 了,具体 reference 可以参考 Request’s Past, Present and Future,以及 request 的代替品可以在这里查看:Alternative libraries to request
实现网络
单独的一个节点所要提供的功能有:
- 返回当前的 blockchain
- 添加新的交易
- 挖矿
package.json 的配置就不多提了,我是 yarn+concurrently+nodemon 的搭配。
基础设定如下:
index.ts
import express from 'express';import bodyParser from 'body-parser';const bitcoin = new Blockchain();const app = express();app.use(bodyParser.json());app.use(bodyParser.urlencoded({ extended: false }));app.listen(3331, () => {console.log(`Listening on port 3331...`);});
这个时候服务器就起来了,是时候实现对应的 API 功能了。
get blockchain
第一个 API 的实现特别简单,只需要返回当前的 blockchain 即可:
app.get('/blockchain', (req, res) => {res.send(bitcoin);});
post transaction
这里是创建 transaction 的 API,基础的业务逻辑是从 request body 中获取交易的数额和交易双方的信息,随后创建一个新的 transaction,实现方法如下:
app.post('/transaction', (req, res) => {const { amount, sender, recipient } = req.body;const blockIdx: number = bitcoin.createNewTransaction(amount,sender,recipient);res.json({ message: `transaction will be added in block ${blockIdx}` });});
测试结果如下:
⚠️:重复一下,在当前 block 没有被 mine 之前,所有的 transaction 都会被推到当前 block 中。
get mine
这是整个单节点上业务逻辑最复杂的一部分,同样也需要修改一下 blockchain 的实现(如果用的是 ts)。
要成功的挖出当前的 block,基础的业务逻辑如下:
- 获取整个 blockchain 上最后一个 block
- mine 这个 block,一直获取到正确的 nonce
- 创建一个新的交易去奖励当前的矿工
- 创建一个新的 block
当然,这里所需的功能在 blockchain 对象中已经实现了。
接下来就根据上面的步骤实现挖矿的功能:
// 我没有用 uuid,而是直接使用内置的 crypto 去实现生成随机的 uuid 的功能import crypto from 'crypto';const nodeAddress = crypto.randomUUID().split('-').join('');app.get('/mine', (req, res) => {// 1. 获取当前 blockchain 上最后的 blockconst lastBlock = bitcoin.getLastBlock();// 2. 开始 mine,一直到获取正确的 nonce//2.1 在 mine 之前也需要获取对应的数据const prevBlockHash = lastBlock.hash;//这里是更新的地方,之前的 blockData 的数据结构 为 Transaction | Transaction[],这里更新一下const currBlockData = {transactions: bitcoin.pendingTransactions,index: lastBlock.index + 1,};const nonce = bitcoin.proofOfWork(prevBlockHash, currBlockData);const blockHash = bitcoin.hashBlock(prevBlockHash, currBlockData, nonce);// 3. 创建新的 transaction 去奖励当前的矿工//这里的收件方为当前 network 地址(随机生成)bitcoin.createNewTransaction(12.5, '00', nodeAddress);// 4. 创建新的 blockconst newBlock = bitcoin.createNewBlock(nonce, prevBlockHash, blockHash);res.json({ message: 'New block mined successfully', block: newBlock });});
blockchain 修改的部分为:
interface BlockData {index: number;transactions: Transaction[];}// 修改 currBlockData 的数据类型就好,其他地方不用变class Blockchain {hashBlock = (prevBlockHash: string,currBlockData: BlockData,nonce: number) => {// ...};proofOfWork = (prevBlockHash: string, currBlockData: BlockData) => {// ...};}
这样就实现完了,沿用上面的结果,测试如下:
⚠️:每次 mine 都至少会创建 1 个 transaction,就是奖励当前挖矿人的奖励
实现去中心化区块链网络
区块链的一个特点就在于每一个结点都可以成为一个中心,所以每个结点都能够访问其他的结点:
捋一下要做到这一点的流程:
每一个结点都需要群组去保存所有链接的结点
当一个新的结点 A 加入这个家庭的时候,它要通知其他的结点,将结点 A 加到其他结点已经存在的群组中
当其他的结点成功注册了结点 A,将 A 加到了自己的通讯录中
结点 A 也需要将其他的结点加到自己的通讯录中
接下来就根据这个逻辑去实现去中心化网络
修改配置和数据结构
首先修改 blockchain 对象,当前 blockchain 应该获取当前的网络,并能够存储相关联的网络,修改如下:
const currentNodeUrl = process.argv[3];class Blockchain {// ...currentNodeUrl: string;networkNodes: string[];constructor() {this.chain = [];this.pendingTransactions = [];// arbitrary valuesthis.createNewBlock(100, '0', '0');this.currentNodeUrl = currentNodeUrl;this.networkNodes = [];}}
这里将会使用 process.argv[3]
直接获取当前 node 的 url,因此,下一步就是修改配置文件,将 node url 作为命令行参数:
{"scripts": {"node_1": "concurrently \"tsc -w\" \"nodemon dist/index.js 3331 http://localhost:3331\"","node_2": "concurrently \"tsc -w\" \"nodemon dist/index.js 3332 http://localhost:3332\"","node_3": "concurrently \"tsc -w\" \"nodemon dist/index.js 3333 http://localhost:3333\"","node_4": "concurrently \"tsc -w\" \"nodemon dist/index.js 3334 http://localhost:3334\"","node_5": "concurrently \"tsc -w\" \"nodemon dist/index.js 3335 http://localhost:3335\""}}
again,这里用了 ts+nodemon+concurrently,所以这么修改的,如果不用一样的配置,可能需要自己想办法修改一下参数的问题。
运行结果如下:
这样当前网络上就有 5 个不相关联的结点正在运行了。
post register node
这一步其实是实现的步骤 3,也就是其他结点接受一个参数,并且将结点 A 加到自己的通讯录中。对于当前结点来说,它只需要知道 A 的地址,并且判断:
- 这个我是不是 A
- 我是不是已经加过 A 了
如果二者都不满足,那么当前结点就将 A 加入通讯录中。
app.post('/register-node', (req, res) => {const newNodeUrl = req.body.newNodeUrl,// 我没加过 AnodeNotAlreadyPresent = !bitcoin.networkNodes.includes(newNodeUrl),// 我不是 AnotCurrentNode = bitcoin.currentNodeUrl !== newNodeUrl;if (nodeNotAlreadyPresent && notCurrentNode)bitcoin.networkNodes.push(newNodeUrl);// 这个也可以加到 if 里面,else 里面的信息表示没有已经存在或是自己res.json({ message: 'New node registered successfully.' });});
这里 3331 收到了 3333,所以 3331 会将 3333 加到自己的通讯录中,而 3333 暂时还没有将 3331 加到自己的通讯录中。
post register nodes bulk
这一步是滴 4 步,即其他的结点已经将 A 加到通讯录中了,A 也要将其他的结点加到通讯录中,所以这里接受的参数是一个数组。
实现如下:
app.post('/register-nodes-bulk', (req, res) => {const allNetworkNodes: string[] = req.body.allNetworkNodes;allNetworkNodes.forEach((networkNodeUrl) => {const nodeNotAlreadyPresent =!bitcoin.networkNodes.includes(networkNodeUrl),notCurrentNode = bitcoin.currentNodeUrl !== networkNodeUrl;if (nodeNotAlreadyPresent && notCurrentNode)bitcoin.networkNodes.push(networkNodeUrl);});res.json({ message: 'Bult registration successful.' });});
测试如下:
这两个细节都完成了,现在可以跳回去补全第 2 步了。
post register & broadcast
实现如下:
app.post('/register-and-broadcast-node', (req, res) => {const newNodeUrl = req.body.newNodeUrl;if (!bitcoin.networkNodes.includes(newNodeUrl))bitcoin.networkNodes.push(newNodeUrl);const regNodesPromises: RequestPromise<any>[] = [];bitcoin.networkNodes.forEach((networkNodeUrl) => {// register nodeconst requestOptions = {uri: networkNodeUrl + '/register-node',method: 'POST',body: { newNodeUrl },json: true,};regNodesPromises.push(rp(requestOptions));});Promise.all(regNodesPromises).then((data) => {const bulkRegisterOptions = {uri: newNodeUrl + '/register-nodes-bulk',method: 'POST',body: {allNetworkNodes: [...bitcoin.networkNodes, bitcoin.currentNodeUrl],},json: true,};return rp(bulkRegisterOptions);}).then((data) => {res.json({ message: 'New node registered with network successfully.' });});});
测试结果如下:
这里 3331 和 3332 作为两个单独的结点被连接在了一起了,从逻辑上可以理解声 3332 加入到了 3331 的群组中。
3331 所在群组通过判断,发现 3332 不在自己的群组中,所以它们决定把 3332 加到各自成员中的通讯录中(即所有群组成员都调用一次 /register-node
)。
成功哦那个 3332 将组群内的成员加到自己的通讯录中,最后返回调用成功。
这个时候再尝试让 3333 加入 3332(即 3332 和 3331)所在的群组中:
同样的步骤:
3333 先尝试加入这个家庭:
3331 和 3332 接收了新成员:
成功后 3333 将 3331 和 3332 加入到自己的通讯录中,完成加入。
现在的问题就是,每一个结点有着单独一个 blockchain 的 instance,而在现实生活中,所有的网络节点都在同一个区块链上工作。
下一步就会尝试解决这个问题。