如何用Go开发一个区块链项目：ABTC-木庄网络博客

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作者简介

强科臻

ABitchain 项目的CTO，先后工作在互联网金融，区块链领域。专注于后端技术研发工作，主要专注 Java/Go，尤其是在分布式微服务，高并发，消息通信，区块链共识机制，加密技术等有丰富经验。

1.区块链简单介绍

2.如何开发区块链

3.区块链遇见Go

4.Q&A

1.区块链简单介绍

1.1 区块链特征

去中心化
可信任的机器，防篡改分布式数据库
通过密码学构建账户体系
共识，P2P 通信是交易基础

去中心化可以理解为在区块链网络中所有的网络节点都是对等的，没有任何对权，每个节点上做的都是一样的。区块链也可以简单的理解为去中心化的信任机器，这也是区块链最核心的价值。区块链通过密码学管理账户，通过 P2P 网络，共识算法建立交易的基础，在不借助第三方情况下，两个陌生人完成一笔交易。

1.2 区块链数据形态

区块链通过不可逆的链式结构，从创世块发起，以数据块的形式连接在一起，每个区块包含交易和验证信息，创世块包含初始的挖矿数据和规则。

2.如何开发区块链

区块链开发模式有以下内容:

共识模式
账号地址生成算法
P2P 是怎么实现通信的
智能合约
智能 Pending 区规则简单介绍
区块数据底层存储

共识模式

常见的共识算法有 POW（Proof of Work），POS（Proof of Stake），DPOS（Delegated Proof-of-Stake），BPFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）。

共识机制： DPOS+BFT

共识机制主要功能：定时任务管理，洗牌算法、代理池维护和投票机制。

1.定时任务管理。区块链的定时任务都是都是基于 NTP 来做的，通过 NTP 的协议，在相同的时间做相同的事，可以最大程度的保证时间的统一。主要设置的定时任务有定时洗牌、代理出块和节点数据同步。

2.洗牌算法。例如现在我们代理节点有 101 个，在某一个固定的时刻，通过洗牌的方式，将 101 个代理重新排队，将得到一个新的数据，这样设计的目的是在固定的周期内，洗牌的结果各个节点保持一致，整个区块链网络中让每一个节点洗牌结果一致，这是非常复杂的实现过程。

3.代理池和投票机制。普通用户账户上有一定的 Token 或达到某种条件，用户可以通过注册的方式成为代理候选人，注册为代理候选人就可以进入代理池空间。其他用户可以通过投票的方式支持候选人。等投票得到确认，代理池就会实时选出获得投票最多的代理候选人进行排序，这时我们再回到上面的洗牌算法，得出一个新的序列，每个代理就会在新的时间开始出块了。

账户地址生成算法

区块链作为一个交易性质的系统，账户是必不可少的。区块链主要解决两方面的问题，第一是证明数字资产所有权问题，第二是验证交易合法性。

通过密码学的应用，区块链证明了数字资产所有权的问题。如上图所示，私钥通过一种非对称加密方式，椭圆加密算法推导出公钥，公钥推算出地址，这个顺序是不可逆的，所以说一旦拥有了私钥，就拥有了这个地址上所有的资产。解决了数字资产所有权的问题。接下来看一下在交易当中如何证明一笔交易的合法性。如图所示，用户发起一笔交易，需要使用私钥，对交易数据签名，然后把签名交易数据在网络中传播，其他节点收到交易后，需要使用用户的公钥，解密签名数据，如果能正常解密，并且验证通过，就能证明这笔交易的合法性，这一点是非对称加密算法所保证的。实际上私钥生成公钥的算法非常复杂，这幅图中只是画出了简单的推导过程。

Achain 的地址生成过程，一开始只产生一个随机数，经过一个多次哈希计算和 base58 的计算推倒出私钥，接下来通过椭圆曲线加密算法推导出公钥，公钥通过特定的方式推导出地址。

P2P实现通信

要了解 P2P 通信，我们首先要了解一下 KAD 路由表，简单的说，这是一种分布式哈希表技术。每个节点内部都维护了这张路由表，如上图所示，可以把这张表简单理解为这个路由表，一行表示一个 K 桶，每个节点启动的时候会生成一个固定的节点编号，就是 NodelID。每个 K 桶的划分方式，是两个节点编号的距离范围值，图中第二列显示出了每个 K 桶容纳邻居节点，具体的距离范围，这个距离的计算方式是两个节点编号的二进制求异或值。例如：两个节点编号距离：0000000011 是 3 映射到 K2 桶中，简单理解了这张路由表，接下来了解一下本地节点是怎么维护这个表的，本地节点启动的时候会加载公共节点到对应的 K 桶中，接下来会随机的生成目标节点编号，计算本地节点和目标节点距离，然后从 K 桶中寻找距离最近的邻居节点，发送寻找命令，邻居节点收到寻找请求，会按照相同的方式找到离目标节点更近的节点，返回给本地节点，本地节点收到后，通过计算距离，放入对应的 K 桶中。这样循环处理，直到整个路由表填满邻居节点。现在，只要发起一笔交易，只需要广播到路由表中的邻居节点，就会迅速同步到全网络。

智能合约

智能合约在区块链当中很重要。智能合约是基于区块链，使用图灵完备的编程语言（例如： Solidity，lua 等）定义一段可运⾏的代码，这段代码完成了一系列的功能和约定。接下来看一下智能合约怎么进入区块链。可执行的代码是存储在区块链的块上的。而且它一旦发布的话就无法修改了，会形成契约，我们可以调用智能合约里面定义的方法，按照我们约定方式执行，得到预想的结果。

既然智能合约是一段代码，在区块链上普通的转帐一步就完成了，手续费一般情况下是固定的。大家都很关心的问题是智能合约怎么计算手续费。这需要考虑到保护整个系统的问题，假如说写一段死循环，区块链可能会挂掉。其实不是这样的，因为智能合约执行的时候，手续费是动态计算的，通过具体执行的代码一行一行计算手续费。上图是智能合约执行中手续费计算的一个参考列表。你写了死循环会把账户余额全部扣完之后，执行就退出了。所以这个智能合约在区块链上是安全，前提只要你有足够的手续费。

智能 Pending 区规则简单介绍

简单说，Pending 区是一个缓冲区域，但是经常会被大家忽略，我认为它在区块链当中作用非常大。用户所有发起的交易，首先会被收集到 Pending 区，同时也起到了保护整个区块链网不被恶意***。所以在设计 Pending 区的时候，我们要考虑到保证每个用户都能有公平参与交易的权利，还要从宏观上控制，微观上调整交易行为，通过完备的经济模式，和多维度智能识别，让区块链处于一个健康的状态。

区块数据底层存储

区块链存储数据结构要满足快速验证交易、有效防篡改、快速检索数据和分叉后能快速回滚等要求。

因为实际存储很复杂，所以我们通过一个例子简单的了解一下。我们最熟悉的比特币底层使用最多的是默克尔树，以太坊使用的是 MPT 树，接下来，我们就从这种树结构开始了解，我们发起一笔交易，交易 hash 值当作 key，key 通过前缀匹配的方式存入下图树状数据结构中 A 位置，产生一个新的叶子结点，由于新节点插入，受影响的父级相关节点 key 值，从下到上，都要重新计算得到新的 Key 值，一直到树根。得到新 Root 节点，代理出块的时候，就会将这个新 Root 节点放入新的区块头中，这笔交易也会放入区块中。如图所示，旧的 root 在区块编号100的区块头中，新的 root 在区块101的区块头中，两个区块又是通过 hash 值连接在一起，所以任何节点出现修改，都会导致 Root 节点变化，Root 节点变化就会导致区块头 hash 值变化，这有效的防止数据的篡改。现在我们基本清楚了一笔新交易，是怎么进入区块中的。当然，这只是对区块链存储一个粗略的了解，实际的存储还要复杂的多。

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