.Net Core实现区块链初探
區(qū)塊鏈這么火，咱也跟個風(fēng)。
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一、前言
最近，銀行總行關(guān)于數(shù)字貨幣即將推出的消息頻傳，把BTC也帶得來了一波反彈。
借著這個風(fēng)，我們也研究一下區(qū)塊鏈。
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通常大家說到區(qū)塊鏈，實(shí)際包括兩部分概念：
第一個概念，就是狹義上的區(qū)塊鏈。聽起來很高大上又很復(fù)雜，但追根到底，它就是一種加密應(yīng)用。
提起加密，我們腦袋里會顯現(xiàn)出：DES、3DES、AES、RSA、DSA、SHA-1、MD5……很多很多。
狹義的區(qū)塊鏈，其實(shí)就是使用這些加密技術(shù)而形成的一種應(yīng)用。
這個應(yīng)用又分為兩個部分：
區(qū)塊
區(qū)塊就是存放數(shù)據(jù)的一個獨(dú)立空間。
不好理解？舉個例子：我們在紙上寫個作文，寫了好幾篇。那每一篇紙上，都會有一些我們寫的內(nèi)容。這個內(nèi)容，就是數(shù)據(jù)。而這張紙，就是一個區(qū)塊。
所以，區(qū)塊就是放某些數(shù)據(jù)的一個特定的獨(dú)立的空間。
根據(jù)需要，一個數(shù)據(jù)可以放在一個區(qū)塊上，也可以放在多個區(qū)塊上。同時，一個區(qū)塊可以只存放一個數(shù)據(jù)，也可以存放很多個數(shù)據(jù)。這兒不需要太糾結(jié)怎么放，自己決定就好。區(qū)塊鏈關(guān)注的是數(shù)據(jù)的存放方式，而不是數(shù)據(jù)本身。
鏈
鏈這個概念更簡單，就是把上面說的區(qū)塊，用一個鏈表記錄下來。
既然說到鏈表，就能想到，在鏈表上記錄的區(qū)塊，是有次序的。此外，最重要的是，鏈里的每一個區(qū)塊，在記錄數(shù)據(jù)的同時，也同時記錄了他的前一個區(qū)塊的信息（在區(qū)塊鏈里，稱之為指紋）。
換句話說就是，每個區(qū)塊里，都記錄著這個區(qū)塊前邊所有區(qū)塊的信息，同時，每個區(qū)塊，都對這個區(qū)塊后邊的所有區(qū)塊產(chǎn)生影響。
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這樣的設(shè)計，會形成這樣的效果：當(dāng)改變一個區(qū)塊的數(shù)據(jù)時，需要同時把這個區(qū)塊后邊所有區(qū)塊的指紋信息全部進(jìn)行同步更新。如果僅僅只改變這個區(qū)塊本身的內(nèi)容，那后邊的區(qū)塊會很容易通過指紋來驗(yàn)證這個區(qū)塊非法和無效。
第二個概念，是分布式存儲
上面區(qū)塊鏈的概念中，在數(shù)據(jù)保存上有一個漏洞：如果一個非法用戶真的把一個區(qū)塊以及這個區(qū)塊后邊的所有區(qū)塊都修改了，那他就改變了這個區(qū)塊鏈里保存的數(shù)據(jù)。怎么破？
一個有效的方式，就是分布式存儲。把這樣一個鏈，存放在很多個地方，每個地方都有這個鏈的一個副本。系統(tǒng)驗(yàn)證一個區(qū)塊是否合法，除了驗(yàn)證鏈的合法性外，還需要驗(yàn)證這個區(qū)塊在各處保存的副本是否一致。系統(tǒng)認(rèn)可超過半數(shù)一致的區(qū)塊為合法區(qū)塊。
這樣，非法用戶如果想改變一個區(qū)塊的數(shù)據(jù)，不僅需要修改這個鏈，同時還需要把這個鏈在各處的副本中半數(shù)以上的記錄也修改了。當(dāng)這個副本的數(shù)量很大時，這將變成一個不可能完成的任務(wù)。
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當(dāng)然，在互聯(lián)網(wǎng)上，安全永遠(yuǎn)是相對的。去年幣圈最大的事件，就是真的有一幫子黑客，利用廉價的服務(wù)器，造出了超過半數(shù)的區(qū)塊鏈副本，然后修改區(qū)塊數(shù)據(jù)，并讓這些超過半數(shù)的副本認(rèn)可并覆蓋了正常的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，從而盜取了大量的數(shù)字幣并拋售。
這是題外話。
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區(qū)塊鏈的概念就說到這里。
今天的代碼，我們僅研究區(qū)塊鏈的原理和方法。分布式存儲，有興趣的話，可以研究一下P2P的種子結(jié)構(gòu)和下載原理，路數(shù)是一樣的。
下面上代碼。
二、開發(fā)環(huán)境&基礎(chǔ)工程
這個Demo的開發(fā)環(huán)境是：Mac + VS Code + Dotnet Core 3.1.2。
$?dotnet?--info .NET?Core?SDK?(reflecting?any?global.json):Version:???3.1.201Commit:????b1768b4ae7Runtime?Environment:OS?Name:?????Mac?OS?XOS?Version:??10.15OS?Platform:?DarwinRID:?????????osx.10.15-x64Base?Path:???/usr/local/share/dotnet/sdk/3.1.201/Host?(useful?for?support):Version:?3.1.3Commit:??4a9f85e9f8.NET?Core?SDKs?installed:3.1.201?[/usr/local/share/dotnet/sdk].NET?Core?runtimes?installed:Microsoft.AspNetCore.App?3.1.3?[/usr/local/share/dotnet/shared/Microsoft.AspNetCore.App]Microsoft.NETCore.App?3.1.3?[/usr/local/share/dotnet/shared/Microsoft.NETCore.App]?
首先，在這個環(huán)境下建立工程：
創(chuàng)建Solution
這次，我們用Console創(chuàng)建工程
基礎(chǔ)工程搭建完成。
三、創(chuàng)建區(qū)塊Model
在工程下面，創(chuàng)建一個目錄Models，并在目錄下建立類Block.cs：
public?class?Block {public?DateTimeOffset?time_stamp?{?get;?set;?}public?object?data?{?get;?set;?}public?string?pre_hash?{?get;?set;?}public?string?hash?{?get;?set;?}public?string?nonce?{?get;?set;?} }解釋一下各個字段：
time_stamp：時間戳，也就是這個區(qū)塊的創(chuàng)建時間
data：數(shù)據(jù)，可以是任意類型，是我們要用區(qū)塊鏈來保存的數(shù)據(jù)
pre_hash：前一個區(qū)塊的hash值
hash：當(dāng)前區(qū)塊的hash值
nonce：隨機(jī)數(shù)
在這幾個字段中，真正在區(qū)塊鏈中起作用的是后面三個字段：pre_hash、hash、nonce。
在計算中，hash值是由這個區(qū)塊的pre_hash、data、time_stamp、nonce四個字段共同計算產(chǎn)生。
這樣做，一方面，我們通過hash值可以驗(yàn)證保存的數(shù)據(jù)data，同時，也把前一個區(qū)塊的hash信息保存到了這個區(qū)塊中。
nonce字段在這個demo中，實(shí)際意義不大，但在實(shí)際項(xiàng)目中，卻有它的實(shí)用價值。比方BTC中，要求hash值有特定的格式（至少前8個字節(jié)全是0），需要通過改變nonce的值，來得到這樣的hash。又因?yàn)閔ash無法逆向計算，所以只能用窮舉法修改nonce，一個一個計算并測試hash，這個過程叫WK，
四、創(chuàng)建鏈
有了區(qū)塊model，創(chuàng)建鏈很簡單。
我們創(chuàng)建一個BlockChains類，并在里面用SortedList建立一個鏈。
public?class?BlockChains {private?static?SortedList<int,?Block>?_block_chains?=?new?SortedList<int,?Block>(); }鏈也建完了。
后面，我們會在這個鏈中實(shí)現(xiàn)對于區(qū)塊鏈的各種處理方法。
五、往鏈中增加區(qū)塊
下面我們在BlockChains類中寫一個往鏈中增加區(qū)塊的方法：
private?static?string?_hash_zero?=?"Initialize_Hash_By_WangPlus";public?bool?addBlockData(object?data) {Block?new_block?=?new?Block(){time_stamp?=?DateTimeOffset.Now,data?=?data,nonce?=?$"{_random.Next(9999):D4}",};new_block.pre_hash?=?_block_chains.Count?<=?0???_hash_zero?:?_block_chains.Last().Value.hash;new_block.hash?=?calculateHash(new_block);_block_chains.Add(_block_chains.Count?+?1,?new_block);return?true; } private?string?calculateHash(Block?block) {if?(block?==?null)return?string.Empty;string?data_json?=?JsonConvert.SerializeObject(block.data,?Formatting.None);string?block_string?=?$"{block.time_stamp.Ticks.ToString()}|{block.pre_hash}|{data_json}|{block.nonce}";var?block_hash?=?new?SHA256Managed().ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(block_string));return?Convert.ToBase64String(block_hash); }在這個實(shí)現(xiàn)的方法中，
第一個區(qū)塊需要特殊處理，因?yàn)樗膒re_hash不存在，所以我們給了一個默認(rèn)的串。
計算hash時，我們把區(qū)塊的time_stamp、pre_hash、data、nonce全都包含在里面了。
六、驗(yàn)證區(qū)塊
也是一個方法，加在BlockChains中：
public?bool?isBlockValid(int?index) {if?(index?<=?0?||?index?>?_block_chains.Count)return?false;if?((index?>?1?&&?_block_chains[index].pre_hash?!=?_block_chains[index?-?1].hash)?||?(index?==?1?&&?_block_chains[index].pre_hash?!=?_hash_zero))return?false;if?(_block_chains[index].hash?!=?calculateHash(index))return?false;return?true; } private?string?calculateHash(int?index) {return?calculateHash(_block_chains[index]); }這個Demo中，沒有實(shí)現(xiàn)分布存儲，所以驗(yàn)證區(qū)塊的部分，我們只做了簡單驗(yàn)證：驗(yàn)證當(dāng)前區(qū)塊和前一個區(qū)塊的hash是否匹配。
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做到這兒，這個簡單的區(qū)塊鏈Demo就完成了。
七、總結(jié)和思考
上面是一個簡單的區(qū)塊鏈應(yīng)用中，區(qū)塊鏈概念的實(shí)現(xiàn)。
在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要理解以下內(nèi)容：
區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€加密技術(shù)，它本身跟數(shù)據(jù)無關(guān)；
區(qū)塊鏈在形成后，是一個只讀鏈，就是說在通常情況下，我們不會從一個鏈中修改或刪除一個區(qū)塊。因?yàn)檫@會導(dǎo)致后續(xù)所有區(qū)塊的修改，這個代價很大；
因?yàn)閰^(qū)塊不可更改，所以區(qū)塊中存儲的數(shù)據(jù)也不可更改。如果保存的數(shù)據(jù)有錯，通常是采用類似記帳的方式，用反沖記錄去消除這個錯誤，而不是修改區(qū)塊鏈；
區(qū)塊鏈應(yīng)用中，在安全級別要求比較高的情況下，應(yīng)該把開發(fā)重點(diǎn)放在分布存儲上面。
上面Demo的代碼已傳到Github。
代碼地址：https://github.com/humornif/Demo-Code/tree/master/0010/demo
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（全文完）
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的.Net Core实现区块链初探的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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