bitcoin

如果有时光机的话，我要做的第一件事情肯定就是穿梭回过去买比特币：），算了，不意淫了，还是学习要紧，虽然再也不能靠买比特币一夜暴富了，但是自己按照比特币实现一个山寨比特币的能力还是有的，比特币可以说是现在大红大紫的区块链的始祖，要全部了解它的原理可能还是要埋头啃个几个月的（并不简单）。

虽然比特币交易确认时间长，消耗资源多，但依旧无法掩盖其作为区块链始祖的光环。

Block & BlockChain

比特币中有两个重要的基本概念，区块和区块链，如果将区块想象成珍珠，那么区块链就是将这些珍珠都串起来的珍珠项链，这个珍珠项链没有尽头，新加入的珍珠和次新的珍珠彼此靠近，并通过某种关系紧密联系在一起，牢不可破。

type Block struct {
    idx        int
    timestamp  string
    hash       string
    prevHash   string
    difficulty int
    nonce      string
}

type BlockChain struct {
    sync.Mutex
    blocks []Block
}

func (bc *BlockChain) AddBlock(block Block) {
    bc.Lock()
    defer bc.Unlock()
    bc.blocks = append(bc.blocks, block)
}

var blockchain BlockChain

Proof of Work

生成区块的过程就相当于打磨珍珠的过程，只有符合要求的珍珠才能最终被加入到珍珠项链中去，那么话说回来生成区块的过程是怎么样的呢，对于一个特定的区块，需要不断改变其中一个值（nonce），这里的 nonce 值从0开始逐渐递增，然后计算特定 nonce 对应的区块哈希值，只有哈希值符合相应的要求之后，才能说这个区块是有效的，才能被加入到区块链中，生成区块的过程也被叫做挖矿。

func generateBlock(oldBlock Block, difficulty int) Block {
    var newBlock Block

    newBlock.idx = oldBlock.idx + 1
    newBlock.timestamp = time.Now().String()
    newBlock.prevHash = oldBlock.hash
	  newBlock.difficulty = diff

    for i := 0; ; i++ {
        hex := fmt.Sprintf("%x", i)
        newBlock.nonce = hex
        if !isHashValid(calculateHash(newBlock), newBlock.difficulty) {
            continue
        } else {
            fmt.Println(calculateHash(newBlock), " work done!")
            newBlock.Hash = calculateHash(newBlock)
            break
        }
    }
    return newBlock
}

func calculateHash(block Block) string {
    record := strconv.Itoa(block.idx) + block.timestamp + block.prevHash + block.difficulty + block.nonce
    h := sha256.New()
    h.Write([]byte(record))
    hashed := h.Sum(nil)
    return hex.EncodeToString(hashed)
}

那么什么样的区块才是有效的呢，简单来说就是对于一个哈希值，其开头部分都是0就可以了（0越多，难度越高）。像这种，找到答案很困难但验证答案却非常轻松的算法就是 Proof of Work 的精髓。

func isHashValid(hash string, difficulty int) bool {
    prefix := strings.Repeat("0", difficulty)
    return strings.HasPrefix(hash, prefix)
}

一个难度逐渐递增的区块链

下面实现了一个难度逐渐递增的区块链，运行时就会发现产生区块的时间间隔越来越长，因为 CPU 需要经过更多的计算才能找到符合条件的哈希值。

func main() {
    difficulty := 1
    genesisBlock := Block{}
    genesisBlock = Block{
        idx:        0, 
        timestamp:  time.Now().String(), 
        hash:       calculateHash(genesisBlock),
        prevHash:   "", 
        difficulty: difficulty, 
        nonce:      "",
    }
    blockchain.AddBlock(genesisBlock)

    var block Block
    block = genesisBlock
    for {
        block = generateBlock(block, diff)
        difficulty++
        blockchain.AddBlock(block)
    }
}