6个重要模块，带你写一个基于Golang的区块链公链demo！ | 精选博客文章

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好久没和大家一起练习了。 不知道你是不是也很痒？

今天给大家带来的是一个基于Golang编写的区块链公链demo，即模仿比特币功能编写的区块链公链demo。 主要应用于密码学、共识算法、点对点网络、区块链防篡改结构等相关知识，并结合各种知识点，编写一个简单完美的可运行公链demo。

话不多说，一起来试试吧！

节目特色

主模块

命令调度模块

程序启动后，控制台捕获用户输入的信息，通过用户的输入解析出命令和命令后面的值。 根据不同的命令对程序进行相关操作。

UTXO交易生成模块

交易转账模块基于UTXO模型，但没有引入比特币脚本，直接将脚本替换为经过数字签名的字节数组。 当用户A向用户B转账时，用户A需要使用私钥对“输入”（包括“输出”的交易哈希、索引等用户A拥有的信息）进行数字签名，生成交易并发送给其他节点。 该节点使用用户 A 的公钥来验证其签名。

由于UTXO的特殊结构比特币如何验证余额，自然避免了重放攻击，也不需要像以太坊账户系统那样添加nonce值。 但是为了避免UTXO的重复计算问题，不支持直到最后一笔转账没有打包进块。 重新转移到同一地址

支持一笔交易多次转账，为了优化转账查询速度，创建了一个UTXO数据表，用于存储所有区块链中未花费的输出。

密码学加解密模块

1.单向哈希函数：sha256 ripemd-160

主要用于将整个区块通过计算转换为定长字符串，方便数据校验

2.编解码算法：base58

由于私钥原始长度过长，不利于记忆，所以使用base58编码对私钥和地址进行可视化编码

3、非对称加密：椭圆曲线算法（crypto/elliptic p256）

从助记词文本中提取7对中文单词作为种子比特币如何验证余额，利用椭圆曲线算法生成公私钥对。 私钥用于对交易数据进行数字签名，公钥用于验证签名以确保发起者的身份。

公钥通过一系列操作生成一个地址，该地址用于查询余额和接收转账Token

地址生成规则如下：

曾经有一个疑问，为比特币生成地址为什么这么麻烦？ 既然非对称加密只有公钥，私钥不可逆，那为什么不直接用公钥作为地址，而是将公钥多次哈希得到地址，最近看了一篇文章才明白. 文章提到，量子计算机可以破解椭圆曲线加密，通过公钥可以快速找到私钥信息。 但是量子计算机很难逆向Hash算法（或者破解Hash需要步数的2的80次方），所以你的比特币放在一个未支付的地址（根据UTXO交易模型，输出为公钥Hash而不是公钥，这也解释了为什么UTXO输入存储公钥，输出存储公钥Hash）是相当安全的。 也就是说，已经花费过的地址在量子计算机面前是不安全的，而没有花费过的地址具有很强的量子抗性。

区块生成、验证

基于POW共识算法生成区块，首先根据难度值（可以在配置文件中定义）定义挖矿难度（一串大数），通过调用go自带的随机数包不断改变随机数nonce crypto/rand（之前的版本使用的是自己累加nonce值的方式，但是分叉​​概率太高），不断对区块本身进行哈希运算，使得最终计算出的区块本身的哈希值小于当前定义的挖矿困难，然后块将产生正确。

出块节点可以获得奖励代币并拥有记账权，并在出块后向全网广播。 其他P2P节点收到区块后，首先验证区块本身的哈希，然后检查区块中的prehash是否与本地pre-block hash一致，最后存储到本地数据库中。

数据持久化模块

持久层在KV数据库blot的基础上封装了一个额外的层，主要接口有put、view、delete。 每次调用接口时，数据库句柄会分别打开和关闭，不会被其他线程占用。 数据库建立了三张表BlockBucket（存放区块的详细信息）、AddrBucket（存放本地钱包数据）、UTXOBucket（存放未消费的UTXO数据）

P2P网络通信模块

使用适合局域网寻址的mdns技术，因为使用的包有windows下找不到网络的bug，所以本程序推荐在linux/mac下运行。

节点启动后，会自动搜索局域网中的其他对等节点，发现后会存入节点池（存储在内存中）。 节点间通信的前12个字节的数据默认为命令，根据不同的命令而定。 本地区块链相关信息反馈

主要工作原理是分发区块并接收交易后进行挖矿：

获取区块流程：

相互比较区块高度

获取丢失的块哈希

通过块哈希接收丢失的整个块

区块验证，存入数据库

挖矿过程：

通过节点向全网节点发送交易数据

节点接收交易，签署并验证交易，并验证余额

验证通过后存入交易池，满足交易池大小后开始挖矿

挖矿成功，区块高度全网广播

发送块到其他节点

其他节点验证区块并将其存储在数据库中

日志输出模块

使用自制的日志包，程序启动后，会在当前目录下默认生成一个log+端口号的日志文件（可在配置文件中设置），程序生成的所有调试信息都会被打印到这个日志文件。 建议开一个实时Listening的窗口，观察节点间的交互和出块的详细步骤

【日志包特点】：

使用的主要工具包

程序运行教程

1.下载后编译

本demo建议在linux/mac下运行，否则会出现助记符乱码，无法点对点网络等问题。

git clone https://github.com/corgi-kx/blockchain_golang.git

go build -mod=vendor -o chain main.go

2.打开多个窗口

为了简化操作，在同一台电脑启动不同的端口来模拟P2P节点（三个窗口启动程序，三个窗口实时查看日志）

在真机上运行时，如果找不到其他节点，可能是防火墙的问题。 请关闭防火墙并重试。

3.修改配置文件

主要修改本地监听ip和本地监听端口。 其他默认就可以了。

不建议降低难度门槛以避免区块分叉。 该演示尚未处理块分叉。

 vi config.yaml

blockchain:
  #挖矿难度值,越大越难挖
  mine_difficulty_value: 24
  #挖矿奖励代币数量
  token_reward_num: 25
  #交易池大小(满足多少条交易才开始进行挖矿)
  trade_pool_length: 2
  #日志存放路径
  log_path: "./"
  #中文助记词种子路径
  chinese_mnemonic_path: "./chinese_mnemonic_world.txt"
network:
  #本地监听IP

  listen_host: "192.168.0.164"
  #本地监听端口
  listen_port: "9000"
  #节点组唯一标识名称(如果节点间名称不同会找不到网络)
  rendezvous_string: "meetme"
  #网络传输流的协议id(如果节点间id不同发送不了数据)
  protocol_id: "/chain/1.1.0"

4.启动节点，创建钱包，生成创世块

开始节点 1

./chain

通过命令，生成三个钱包地址

> generateWallet
助记词：["肺段","生地","齿槽","几维","中葡","芒鱼","光华"]
私钥：6HrLjHE4Qm31dZFGjemwNLZM3iqnxoSUqKb5VtEKbWzh
地址：12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk
> generateWallet
助记词：["扭伤","剪创","肌病","下陷","广发","浊音","斜疝"]
私钥：7yBRSB46q8ZeEiYbwZDSvKzzsh1MYAygeo2i689uEMAf
地址：1B6KYdABXZDwq8xGTbdDknpHBo11CkihxS
> generateWallet
助记词：["心室","缺缸","瓣胃","黑茶","份额","张铜","回游"]
私钥：872CCeLS8bDrC7bdSoFrgUSWm57eqTdypEhKbErYC9xi
地址：1E6aRBxfncAsypUnjGxPJYbR4JQ3gZ6hHD

生成创世块（给定第一个地址100Tokens）

> genesis -a 12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk -v 100
已成生成创世区块

日志1 实时查看日志（可以看到挖矿过程）

tail -f log9000.txt

5.同步块

节点2和节点3依次修改配置文件的端口号为9001和9002，并启动这两个节点同步创世块；

此时，节点 1 的日志检测到网络中存在的其他节点。

节点2和节点3启动后会自动同步创世块

6.执行转账操作

各节点设置挖矿奖励地址（也可以不设置，不设置则节点挖矿后不产生奖励）；

节点1设置挖矿奖励地址：

> setRewardAddr -a 12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk
已设置地址12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk为挖矿奖励地址！

节点2设置挖矿奖励地址：

> setRewardAddr -a 1B6KYdABXZDwq8xGTbdDknpHBo11CkihxS
已设置地址1B6KYdABXZDwq8xGTbdDknpHBo11CkihxS为挖矿奖励地址！

节点3设置挖矿奖励地址：

> setRewardAddr -a 1E6aRBxfncAsypUnjGxPJYbR4JQ3gZ6hHD
已设置地址1E6aRBxfncAsypUnjGxPJYbR4JQ3gZ6hHD为挖矿奖励地址！

节点1执行转账操作（创世地址和其他两个地址一样各转10个Token）。

> transfer -from ["12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk","12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk"] -to ["1B6KYdABXZDwq8xGTbdDknpHBo11CkihxS","1E6aRBxfncAsypUnjGxPJYbR4JQ3gZ6hHD"] -amount [10,10]
已执行转帐命令

7.查询余额

三个节点中，如果区块被节点2挖出，则节点2应获得25个Token的挖矿奖励

此时在任意节点输入getBalance查看余额命令，可以查看三个地址的余额信息

> getBalance -a 12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk
地址:12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk的余额为：80
> getBalance -a 1B6KYdABXZDwq8xGTbdDknpHBo11CkihxS
地址:1B6KYdABXZDwq8xGTbdDknpHBo11CkihxS的余额为：35
> getBalance -a 1E6aRBxfncAsypUnjGxPJYbR4JQ3gZ6hHD
地址:1E6aRBxfncAsypUnjGxPJYbR4JQ3gZ6hHD的余额为：10

8.查看区块详情

任意节点输入printAllBlock命令查看区块信息

Block 1是创世块，只有100个UTXO输出给12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk

Block 2可见：

在第一笔交易中，地址12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk首先花费创世块配额为100的UTXO，为自己生成90个UTXO，为地址1B6KYdABXZDwq8xGTbdDknpHBo11CkihxS生成10个UTXO。

第二笔交易地址12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk使用第一笔交易输出的90个UTXO为自己生成80个UTXO，为地址1E6aRBxfncAsypUnjGxPJYbR4JQ3gZ6hHD生成10个UTXO。

第三笔交易是挖矿奖励交易，所以只有输出，没有输入，对地址1B6KYdABXZDwq8xGTbdDknpHBo11CkihxS产生25个UTXO（配置文件中设置的25个奖励金额）

> printAllBlock                                   
========================================================================================================
本块hash         00000008acfb9a8dcf3bb923f4eb6f2ddfc27dcaff861ea6848a9074ca46d85b
        ------------------------------交易数据------------------------------
         本次交易id:  988ecbe7f374855aa94addb873f22960cf43646bdaeb562533f3e683478270db
          tx_input：
                        交易id:  bb717bd6717c8cae3829875187b97f256859277ad4a52ac57cdbc132895ca154
                        索引:    0
                        签名信息:    8c8b0628ceadebbc9e97b490a40a23494d3f8286f1af045f1e1f18d529c49a90afa194799182c264ee15871b5dd35c773e5dd46427fc8e2c268356ce09f6b60b
                        公钥:    8e0f1fe7d6177f11027818663048392cee8952cefcf1ceeec8edc84e176f46cedd338575f709b412eeab904d7027056354038f8aef7a1940f45264f7116ba793
                        地址:    12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk
          tx_output：
                        金额:    90    
                        公钥Hash:    0d0a1aeb1baf838828a54ac97b09524f0b0c3210    
                        地址:    12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk
                        ---------------
                        金额:    10    
                        公钥Hash:    6eb2d1846217aa089dfa26e3147b767e1de0b08d    
                        地址:    1B6KYdABXZDwq8xGTbdDknpHBo11CkihxS
         本次交易id:  443b4a4f04204bd8ed2bdfcc096642a27457c27aa47c2ee81486d7440b059521
          tx_input：
                        交易id:  988ecbe7f374855aa94addb873f22960cf43646bdaeb562533f3e683478270db
                        索引:    0
                        签名信息:    2a064297227ba07c7ea92eebb1d43f3fe4dfbd6c7e78be8ec2d1d30e20fa51500c8bdb591c11908a877aeef61b4c64f9a851cc44af441cbe6893e1b80e42032c
                        公钥:    8e0f1fe7d6177f11027818663048392cee8952cefcf1ceeec8edc84e176f46cedd338575f709b412eeab904d7027056354038f8aef7a1940f45264f7116ba793
                        地址:    12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk
          tx_output：
                        金额:    80    
                        公钥Hash:    0d0a1aeb1baf838828a54ac97b09524f0b0c3210    
                        地址:    12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk
                        ---------------
                        金额:    10    
                        公钥Hash:    8fa79c32a067830be3b16ade637d370e1d1e6e0d    
                        地址:    1E6aRBxfncAsypUnjGxPJYbR4JQ3gZ6hHD

         本次交易id:  2420c67272ab7832d6148a36a6b38166862d12e265f184439e6ab2e606b01245
          tx_input：
          tx_output：
                        金额:    25    
                        公钥Hash:    6eb2d1846217aa089dfa26e3147b767e1de0b08d    
                        地址:    1B6KYdABXZDwq8xGTbdDknpHBo11CkihxS
        --------------------------------------------------------------------
时间戳           2019-11-18 03:23:57 PM
区块高度         2
随机数           2808567053068705071
上一个块hash     0000007d7b7c7b540d9d1b0d1d06b6936e1bc613f6ab7de1ae0275cdaef4e4a4
========================================================================================================
本块hash         0000007d7b7c7b540d9d1b0d1d06b6936e1bc613f6ab7de1ae0275cdaef4e4a4
        ------------------------------交易数据------------------------------
         本次交易id:  bb717bd6717c8cae3829875187b97f256859277ad4a52ac57cdbc132895ca154
          tx_input：
                        交易id:  
                        索引:    -1
                        签名信息:    
                        公钥:    
                        地址:    
          tx_output：
                        金额:    100    
                        公钥Hash:    0d0a1aeb1baf838828a54ac97b09524f0b0c3210    
                        地址:    12BwtcVWimms9rrKxxoCev68woGyMYS4sk
        --------------------------------------------------------------------
时间戳           2019-11-18 10:43:41 AM
区块高度         1
随机数           8604076799988393002
上一个块hash     0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
========================================================================================================

九、其他

也可以在节点2和节点3发起转账，但是首先需要通过助记词导入钱包信息，如下：

importMnword -m ["扭伤","剪创","肌病","下陷","广发","浊音","斜疝"]

更多功能请自行发现????，有什么想法欢迎在评论区告诉我们~！

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