golang-区块链学习02工作量证明

前言

在前一篇“golang-区块链学习01”的基础上，增加我们区块链的工作量证明。

知识点

1、区块链ProofOfWork（工作量证明）概念，因为所有人都想生成区块来获取奖励，为了公平起见，我们规定要想成功生成一个区块必须完成指定难度的任务才行。也就是谁先完成指定难度的任务就将成功生成一个区块。先预留个彩蛋，结合实例的工作量证明将在文末总结。

golang实现简单的工作量证明

1、定义一个工作量难度。比如要求生产的区块的hash值前面五位必须为0。即hash类似：00000xxxxxxxxxxx的样式。
2、在Block的结构中增加一个Nonce变量，通过不断修改Nonce的值，不断计算整个区的hash值，直到满足上面的要求即可。
3、代码实例
创建一个proofofwork.go文件。定义一个工作量证明的结构体

type ProofOfWork struct {
    block  *Block    // 即将生成的区块对象
    target *big.Int    //生成区块的难度}

创建实例化工作量证明结构体.

const targetBits = 20func NewProofOfWork(b *Block) *ProofOfWork {
    target := big.NewInt(1)    //难度：target=10的18次方（即要求计算出的hash值小于这个target）
    target.Lsh(target, uint(256-targetBits))    pow := &ProofOfWork{b, target}    return pow}

计算hash值的算法

func (pow *ProofOfWork) Run() (int, []byte) {
    var hashInt big.Int
    var hash [32]byte
    nonce := 0// 从0自增
    fmt.Printf("Mining the block containing \"%s\"\n", pow.block.Data)    // 循环从nonce=0一直计算到nonce=2的64次方的值，知道算出符合要求的hash值
    for nonce < maxNonce {      // 准备计算hash的数据
        data := pow.prepareData(nonce)

        hash = sha256.Sum256(data)// 计算hash
        fmt.Printf("\r%x", hash)
        hashInt.SetBytes(hash[:])        // 难度证明
        if hashInt.Cmp(pow.target) == -1 {            break// 符合
        } else {
            nonce++// 不符合继续计算
        }
    }
    fmt.Printf("\n\n")    return nonce, hash[:]

}

准备数据

func (pow *ProofOfWork) prepareData(nonce int) []byte {    data := bytes.Join([][]byte{
        pow.block.PrevBlockHash,
        pow.block.Data,
        IntToHex(pow.block.TimeStamp),        IntToHex(int64(targetBits)),        IntToHex(int64(nonce)),
    }, []byte{})    return data}

附件

惯例上码。所有的代码文件清单。
/lession02/src/coin/main.go

package mainimport (    "fmt"
    "core"
    "strconv")func main() {
fmt.Printf("%d\n",uint(256-20))
    bc := core.NewBlockChain()
    bc.AddBlock("send 1 btc to Ivan")
    bc.AddBlock("send 2 btc to Ivan")    for _, block := range bc.Blocks {
        fmt.Printf("PrevBlockHash:%x\n", block.PrevBlockHash)
        fmt.Printf("Data:%s\n", block.Data)
        fmt.Printf("Hash:%x\n", block.Hash)
        fmt.Printf("TimeStamp:%d\n", block.TimeStamp)
        fmt.Printf("Nonce:%d\n", block.Nonce)        pow := core.NewProofOfWork(block)
        fmt.Printf("Pow is %s\n", strconv.FormatBool(pow.Validate()))
        println()
    }
}

/lession02/src/core/block.go

package coreimport (    "time"
    "strconv"
    "bytes"
    "crypto/sha256")type Block struct {
    TimeStamp     int64
    Data          []byte
    PrevBlockHash []byte
    Hash          []byte
    Nonce         int}func NewBlock(data string, prevBlockHash []byte) *Block {
    block := &Block{time.Now().Unix(), []byte(data), prevBlockHash, []byte{}, 0}
    pow := NewProofOfWork(block)
    block.Nonce, block.Hash = pow.Run()    return block
}

func (b *Block) SetHash() {
    strTimeStamp := []byte(strconv.FormatInt(b.TimeStamp, 10))
    headers := bytes.Join([][]byte{b.PrevBlockHash, b.Data, strTimeStamp}, []byte{})
    hash := sha256.Sum256(headers)
    b.Hash = hash[:]
}func NewGenesisBlock() *Block {    return NewBlock("Genesis Block", []byte{})
}

/lession02/src/core/blockchain.go

package core

type BlockChain struct {
    Blocks []*Block
}

func (bc *BlockChain) AddBlock(data string) {
    preBlock := bc.Blocks[len(bc.Blocks)-1]
    newBlock := NewBlock(data, preBlock.Hash)
    bc.Blocks = append(bc.Blocks, newBlock)
}

func NewBlockChain() *BlockChain {    return &BlockChain{[]*Block{NewGenesisBlock()}}
}

/lession02/src/core/proofofwork.go

package coreimport (    "math"
    "math/big"
    "fmt"
    "crypto/sha256"
    "bytes")var (
    maxNonce = math.MaxInt64
)const targetBits = 20type ProofOfWork struct {
    block  *Block
    target *big.Int
}func NewProofOfWork(b *Block) *ProofOfWork {

    target := big.NewInt(1)
    target.Lsh(target, uint(256-targetBits))    pow := &ProofOfWork{b, target}    return pow}

func (pow *ProofOfWork) prepareData(nonce int) []byte {
    data := bytes.Join([][]byte{        pow.block.PrevBlockHash,        pow.block.Data,
        IntToHex(pow.block.TimeStamp),
        IntToHex(int64(targetBits)),
        IntToHex(int64(nonce)),
    }, []byte{})    return data
}

func (pow *ProofOfWork) Run() (int, []byte) {
    var hashInt big.Int
    var hash [32]byte
    nonce := 0
    fmt.Printf("Mining the block containing \"%s\"\n", pow.block.Data)    for nonce < maxNonce {
        data := pow.prepareData(nonce)

        hash = sha256.Sum256(data)
        fmt.Printf("\r%x", hash)
        hashInt.SetBytes(hash[:])        if hashInt.Cmp(pow.target) == -1 {            break
        } else {
            nonce++
        }
    }
    fmt.Printf("\n\n")    return nonce, hash[:]

}

func (pow *ProofOfWork) Validate() bool {
    var hashInt big.Int
    data := pow.prepareData(pow.block.Nonce)
    hash := sha256.Sum256(data)
    hashInt.SetBytes(hash[:])

    isValid := hashInt.Cmp(pow.target) == -1
    return isValid
}

/lession02/src/core/utils.go

package coreimport (    "bytes"
    "encoding/binary"
    "log"
    "crypto/sha256")func IntToHex(num int64) []byte {
    buff := new(bytes.Buffer)
    err := binary.Write(buff, binary.BigEndian, num)    if err != nil {
        log.Panic(err)
    }    return buff.Bytes()
}func DataToHash(data []byte) []byte {
    hash := sha256.Sum256(data)    return hash[:]
}

作者：embedsky
链接：https://www.jianshu.com/p/10e50bf14878