知識星球在第一篇文章[1]中，我們向大家展示瞭如何透過精煉的Go程式碼實現一個簡單的區塊鏈。如何計算每個塊的 Hash 值，如何驗證塊資料，如何讓塊連結起來等等，但是所有這些都是跑在一個節點上的。文章釋出後，讀者反響熱烈，紛紛留言讓我快點填坑（網路部分），於是就誕生了這第二篇文章。
這篇文章在之前的基礎上，解決多個節點網路內，如何生成塊、如何通訊、如何廣播訊息等。
流程
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第一個節點建立“創始區塊”，同時啟動 TCP server並監聽一個埠，等待其他節點連線。
Step 1
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啟動其他節點，並與第一個節點建立TCP連線（這裡我們透過不同的終端來模擬其他節點）
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建立新的塊
Step 2
-
第一個節點驗證新生成塊
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驗證之後廣播（鏈的新狀態）給其他節點
Step 3
-
所有的節點都同步了最新的鏈的狀態
之後你可以重覆上面的步驟，使得每個節點都建立TCP server並監聽（不同的）埠以便其他節點來連線。透過這樣的流程你將建立一個簡化的模擬的（本地的）P2P網路，當然你也可以將節點的程式碼編譯後，將二進製程式部署到雲端。
開始coding吧
設定與匯入依賴
參考之前第一篇文章，我們使用相同的計算 hash 的函式、驗證塊資料的函式等。
設定
在工程的根目錄建立一個 .env 檔案，並新增配置：
ADDR=9000
透過 go-spew 包將鏈資料輸出到控制檯，方便我們閱讀：
go get github.com/davecgh/go-spew/spew
透過 godotenv 包來載入配置檔案：
go get github.com/joho/godotenv
之後建立 main.go 檔案。
匯入
接著我們匯入所有的依賴：
package main
import (
"bufio"
"crypto/sha256"
"encoding/hex"
"encoding/json"
"io"
"log"
"net"
"os"
"strconv"
"time"
"github.com/davecgh/go-spew/spew"
"github.com/joho/godotenv"
)
回顧
讓我們再快速回顧下之前的重點，我們建立一個 Block 結構體，並宣告一個Block 型別的 slice，Blockchain：
// Block represents each 'item' in the blockchain
type Block struct {
Index int
Timestamp string
BPM int
Hash string
PrevHash string
}
// Blockchain is a series of validated Blocks
var Blockchain []Block
建立塊時計算hash值的函式：
// SHA256 hashing
func calculateHash(block Block) string {
record := string(block.Index) +
block.Timestamp + string(block.BPM) + block.PrevHash
h := sha256.New()
h.Write([]byte(record))
hashed := h.Sum(nil)
return hex.EncodeToString(hashed)
}
建立塊的函式：
// create a new block using previous block's hash
func generateBlock(oldBlock Block, BPM int) (Block, error) {
var newBlock Block
t := time.Now()
newBlock.Index = oldBlock.Index + 1
newBlock.Timestamp = t.String()
newBlock.BPM = BPM
newBlock.PrevHash = oldBlock.Hash
newBlock.Hash = calculateHash(newBlock)
return newBlock, nil
}
驗證塊資料的函式：
// make sure block is valid by checking index,
// and comparing the hash of the previous block
func isBlockValid(newBlock, oldBlock Block) bool {
if oldBlock.Index+1 != newBlock.Index {
return false
}
if oldBlock.Hash != newBlock.PrevHash {
return false
}
if calculateHash(newBlock) != newBlock.Hash {
return false
}
return true
}
確保各個節點都以最長的鏈為準：
// make sure the chain we're checking is longer than
// the current blockchain
func replaceChain(newBlocks []Block) {
if len(newBlocks) > len(Blockchain) {
Blockchain = newBlocks
}
}
網路通訊
接著我們來建立各個節點間的網路，用來傳遞塊、同步鏈狀態等。
我們先來宣告一個全域性變數 bcServer ，以 channel（譯者註：channel 類似其他語言中的 Queue,程式碼中宣告的是一個 Block 陣列的 channel）的形式來接受塊。
// bcServer handles incoming concurrent Blocks
var bcServer chan []Block
註：Channel 是 Go 語言中很重要的特性之一，它使得我們以流的方式讀寫資料，特別是用於併發程式設計。透過這裡[2]可以更深入地學習 Channel。
接下來我們宣告 main 函式，從 .env 載入配置，也就是埠號，然後實體化 bcServer
func main() {
err := godotenv.Load()
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
bcServer = make(chan []Block)
// create genesis block
t := time.Now()
genesisBlock := Block{0, t.String(), 0, "", ""}
spew.Dump(genesisBlock)
Blockchain = append(Blockchain, genesisBlock)
}
接著建立 TCP server 並監聽埠：
// start TCP and serve TCP server
server, err := net.Listen("tcp", ":"+os.Getenv("ADDR"))
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
defer server.Close()
需要註意這裡的 defer server.Close()，它用來之後關閉連結，可以從這裡[3]瞭解更多 defer 的用法。
for {
conn, err := server.Accept()
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
go handleConn(conn)
}
透過這個無限迴圈，我們可以接受其他節點的 TCP 連結，同時透過 go handleConn(conn) 啟動一個新的 go routine（譯者註：Rob Pike 不認為go routine 是協程，因此沒有譯為協程）來處理請求。
接下來是“處理請求”這個重要函式，其他節點可以建立新的塊並透過 TCP 連線發送出來。在這裡我們依然像第一篇文章一樣，以 BPM 來作為示例資料。
-
客戶端透過
stdin輸入 BPM -
以 BPM 的值來建立塊，這裡會用到前面的函式：
generateBlock，isBlockValid，和replaceChain -
將新的鏈放在 channel 中，並廣播到整個網路
func handleConn(conn net.Conn) {
io.WriteString(conn, "Enter a new BPM:")
scanner := bufio.NewScanner(conn)
// take in BPM from stdin and add it to blockchain after
// conducting necessary validation
go func() {
for scanner.Scan() {
bpm, err := strconv.Atoi(scanner.Text())
if err != nil {
log.Printf("%v not a number: %v", scanner.Text(), err)
continue
}
newBlock, err := generateBlock(
Blockchain[len(Blockchain)-1], bpm)
if err != nil {
log.Println(err)
continue
}
if isBlockValid(newBlock, Blockchain[len(Blockchain)-1]) {
newBlockchain := append(Blockchain, newBlock)
replaceChain(newBlockchain)
}
bcServer io.WriteString(conn, "\nEnter a new BPM:")
}
}()
defer conn.Close()
}
我們建立一個 scanner，並透過 for scanner.Scan() 來持續接收連線中發來的資料。為了簡化，我們把 BPM 數值轉化成字串。bcServer 是表示我們將新的鏈寫入 channel 中。
透過 TCP 連結將最新的鏈廣播出去時，我們需要：
-
將資料序列化成 JSON 格式
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透過 timer 來定時廣播
-
在控制臺中打印出來，方便我們檢視鏈的最新狀態
// simulate receiving broadcast
go func() {
for {
time.Sleep(30 * time.Second)
output, err := json.Marshal(Blockchain)
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
io.WriteString(conn, string(output))
}
}()
for _ = range bcServer {
spew.Dump(Blockchain)
}
整個 handleConn 函式差不多就完成了，透過這裡[4]可以獲得完整的程式碼。
有意思的地方
現在讓我們來啟動整個程式，go run main.go
就像我們預期的，首先建立了“創世塊”，接著啟動了 TCP server 並監聽9000埠。
接著我們開啟一個新的終端，連線到那個埠。（我們用不同顏色來區分）nc localhost 9000
接下來我們輸入一個BPM值：
接著我們從第一個終端（節點）中能看到（依據輸入的BPM）建立了新的塊。
我們等待30秒後，可以從其他終端（節點）看到廣播過來的最新的鏈。
下一步
到目前為止，我們為這個例子添加了簡單的、本地模擬的網路能力。當然，肯定有讀者覺得這不夠有說服力。但本質上來說，這就是區塊鏈的網路層。它能接受外部資料並改變內在資料的狀態，又能將內在資料的最新狀態廣播出去。
接下來你需要學習的是一些主流的共識演演算法，比如 PoW (Proof-of-Work) 和 PoS (Proof-of-Stake) 等。當然，我們會繼續在後續的文章中將共識演演算法新增到這個例子中。
下一篇文章再見！
參考連結
[1] https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwMDU1MTE1OQ==∣=2653549361&idx;=1&sn;=019f54713891cf33ef3bef3b24773a96&chksm;=813a62a9b64debbfdd24a8507bb974048a4456e5b0a2d5f685fb3bdf40366a25764c5df8afec&scene;=21
[2] https://golangbot.com/channels/
[3] https://blog.golang.org/defer-panic-and-recover
[4] https://github.com/mycoralhealth/blockchain-tutorial/blob/master/networking/main.go
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本文作者 Coral Health，由魏佳翻譯。轉載譯文請註明出處，技術原創及架構實踐文章，歡迎透過公眾號選單「聯絡我們」進行投稿。
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