使用 Go（Golang）构建区块链的分步指南首先出现在 Coinpedia Fintech News 上

介绍

区块链从根本上改变了我们看待数据和安全的方式。区块链的核心是一个分布式账本，记录跨多个节点的交易，一旦确认，几乎不可能更改这些记录。这一突破性的创新彻底改变了金融领域，催生了加密货币市场。

但区块链的影响不止于此——它正在重塑医疗保健、供应链管理等行业。

Go（Golang）：区块链开发的完美搭档

Go，也称为 Golang，是 Google 开发的一种编程语言，因其在软件开发中的效率和可扩展性而广受赞誉。作为一种静态类型的编译语言，Go 可将代码直接转换为机器语言，从而提高执行速度，而这正是区块链网络所急需的。

区块链系统要求速度和高吞吐量，而这正是 Go 的优势所在。

Go 的突出特点之一是它支持并发。这意味着 Go 可以同时处理多个操作，从而最大限度地提高系统利用率。在区块链中，多个区块和交易同时发生，Go 的并发模型可以有效地管理这些任务，而不会使多线程管理复杂化。

满足区块链需求的图书馆

Go 附带一个全面的标准库，提供网络、加密和数据处理的基本软件包，这些是任何区块链系统的关键功能。此外，Go 的简单性和可读性降低了学习曲线，使开发人员更容易快速掌握该语言及其语法。

强大的社区支持

凭借庞大而活跃的社区和不断增长的行业支持，解决区块链开发过程中出现的任何问题都变得更加容易。Go 为希望构建可扩展、高性能区块链解决方案的开发人员提供了坚实的基础。

使用 Go 进行区块链开发的实践指南

本文专为深入 Go 和区块链世​​界的初学者量身定制。您将学习从设置环境到配置先决条件、编译和测试自己的区块链应用程序的所有内容。那么，您准备好使用 Go 探索区块链了吗？让我们开始吧！

使用 Go 理解区块链概念

在深入研究语法和功能之前，必须先掌握区块链的核心概念。了解这些基础知识将使我们更容易遵循未来的技术步骤。

Go 中的区块链基础知识

区块链有三个组成部分：区块、交易和链。

区块：区块是区块链的基本单位，它永久存储交易数据。每个区块都有自己的元数据，例如索引、时间戳、哈希值和实际交易信息。这些区块链接在一起，形成一个连续且不可变的账本。

交易：交易是系统的驱动力。它们代表了网络上有关货币交换、信息传输等的所有必要信息。每个区块都包含一系列由区块链网络处理和验证的交易。

链：每个区块都有一个指向前一个区块的指针作为参考，并且这种连续链接在一起的区块称为区块链，因此称为区块链。

区块链的核心原则

去中心化：与由中央机构管理的传统数据库不同，区块链将控制权分散到多个节点。每个节点都保留区块链的副本，确保透明度并降低集中腐败或故障的风险。

不变性：一旦数据被记录在区块链上，就无法更改。这是通过使用加密哈希将每个区块链接到前一个区块来实现的。任何篡改区块的企图都会改变其哈希，从而破坏区块链并向网络发出警报。

共识机制：共识机制是所有参与者用来验证交易和账本状态的协议。常见机制包括工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）和实用拜占庭容错（PBFT）。

准备好用 Go 构建区块链了吗？

到目前为止，您应该已经扎实掌握了区块链基础知识。现在到了激动人心的部分！在以下部分中，我们将逐步指导您使用 Go 构建自己的区块链应用程序。

准备好动手吧！让我们深入了解使用 Go 进行区块链开发的实际方面。

第 1 章：设置开发环境

在开始编写代码和合约之前，正确的开发环境必不可少。这涉及几个步骤。以下是详细的入门指南。准备出发！！

安装 Go

  • 从官方网站下载并安装最新版本的 Go

  • 确保下载特定于系统的版本（Windows，Mac Os，Linux）

  • 设置环境变量：

Windows：Go 安装程序会自动将 Go 添加到系统的 PATH 中，但如果需要，您可以通过系统属性 > 环境变量手动添加它

MacOS/Linux：export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin（在 bash 或 zshrc 中）

使用命令验证安装：go version

这将为您提供输出，例如：go version go1.19.0 linux/amd64

选择 IDE

集成开发环境是任何编程最必要的元素。换句话说，它是另一个代码编辑器。当你选择时，有很多选项，但最受欢迎的两个选择是 VSCode 和 GoLand。

Visual Studio Code：VSCode – 由 Microsoft 开发的开源平台，它功能多样、轻量级，可用于多种编程语言。它提供代码完成、调试和版本控制等强大功能。

  • 从官方网站下载 VSCode

  • 按照屏幕上的说明并根据您的系统完成安装。

  • 从扩展面板 (Ctrl + Shift + X) 设置 VSCode，并下载所有必要的扩展，如 Go 扩展、实时共享、Gitlens 等

GoLand：GoLand——由 JetBrains 开发，是一款专为 Go 开发量身定制的 IDE。它包括强大的调试、测试和重构工具，以及集成的数据库支持，使其成为大型项目的强大选择。

  • 从 JetBrains 官方网站下载 GoLand

  • 设置并安装 GoLAnd，然后正确设置路径变量文件 → 设置 → Go → GOROOT

现在您已准备好创建 Go 区块链项目了！

安装所需的库

使用 go get 安装必要的库。

第 2 章：使用 Go 构建简单的区块链

区块是区块链的基础单元。区块包含所有交易信息、唯一标识符以及与先前区块的链接。在本章中，我们将更详细地探讨 Golang 中区块的结构。

1. 创建块结构

Block 以 struct 数据类型的形式表示，它可以是用户定义的数据类型。Block struct 包含以下属性：

  • 索引：索引有助于表示区块链中任何区块的位置。

  • 时间戳：这是区块被创建的时间

  • 数据：它包含与交易或区块状态相关的任何类型的信息。

  • 前一个哈希：它是与当前块相连的前一个块的哈希。

  • 哈希值：通过加密方法决定的每个区块的唯一密钥标识符

在下面的代码片段中，我们实现了块结构。

类型块结构 {    Index      int    Timestamp  string    Data     string    PreviousHashstring    Hash      string}

使用 Go 语法实现计算块哈希值的方法：

导入（    “crypto/sha256”    “fmt”）func（b *Block）calculateHash（）字符串{    data：=fmt.Sprintf（“％d％s％s％s”，b.Index，b.Timestamp，b.Data，b.PreviousHash）    hash：=sha256.Sum256（[]byte（data））    返回fmt.Sprintf（“％x”，hash）}

函数 calculateHash() 用于计算当前块的哈希值

2. 创建区块链结构

定义完 blockclass 及其属性后，您可以进一步创建创世块。创世块是区块链中第一个需要初始化的块，其索引为零。定义创世块后，您可以继续使用 addblock() 方法将新块添加到区块链中。添加新块后，还要计算该块的哈希值。代码如下：

func createGenesisBlock() Block {    return Block{Index: 0, Timestamp: “2024-09-16”, Data: “Genesis Block”, PreviousHash: “0”}}func createGenesisBlock() Block {    return Block{Index: 0, Timestamp: “2024-09-16”, Data: “Genesis Block”, PreviousHash: “0”}}func (bc *Blockchain) addBlock(数据字符串) {    prevBlock := bc.getLatestBlock()    newBlock := Block{        Index:        prevBlock.Index + 1,         Timestamp:    “2024-09-16”,         Data:       数据，         PreviousHash：prevBlock.Hash，     }    newBlock.Hash = newBlock.calculateHash()    bc.Blocks = append(bc.Blocks，newBlock)}

第三章：用Go实现共识机制

工作量证明

我们之前在本文中概述了共识机制，现在让我们在本章中进一步探讨它们。共识机制对于保护和验证交易以及数据库的状态至关重要。

最常用的共识机制是工作量证明。在 PoW 中，矿工在时间限制内相互竞争以解决困难的加密难题。因此，只有当您找到最合适的随机数并得到验证时，才会添加新区块。这种加剧的努力确保没有人能够在不花费这些计算努力的情况下控制或引入区块。

第一步，我们需要向结构体添加一个 proof 属性：

}type Block struct {    Index        int    Timestamp    string    Transactions []Transaction    Proof        int    PreviousHash string}

第二步，实现工作量证明方法，生成满足难度级别的证明。

类型 Block 结构 {    Index      int    Timestamp   string    Transactions []Transaction    Proof      int    PreviousHash string}func (b *Block) proofOfWork(lastProof int) int {    proof := 0    for !isValidProof(lastProof, proof) {        proof++     }    返回证明 }func isValidProof(lastProof, proof int) bool {    guess := strconv.Itoa(lastProof) + strconv.Itoa(proof)    guessHash := sha256.New()    guessHash.Write([]byte(guess))    guessHashString := fmt.Sprintf(“%x”, guessHash.Sum(nil))    返回 guessHashString[:4] == “0000” }

更新区块链结构以在添加新区块之前验证证明。此步骤确保只有有效的区块才会添加到区块链中。

类型区块链结构 {    Chain              []Block    CurrentTransactions []Transaction}func (bc *Blockchain) addBlock(proof int, previousHash string) {    block := Block{         Index:       len(bc.Chain) + 1,         时间戳:   time.Now().String(),         交易: bc.CurrentTransactions,         证明:      证明,         PreviousHash: previousHash,     }    bc.Chain = append(bc.Chain, block)    bc.CurrentTransactions = nil}func (bc *Blockchain) validProof(lastProof, proof int) bool {    guess := strconv.Itoa(lastProof) + strconv.Itoa(proof)    guessHash := sha256.New()    guessHash.Write([]byte(guess))    guessHashString := fmt.Sprintf(“%x”, guessHash.Sum(nil))    return guessHashString[:4] == “0000”}

第 4 章：使用 Go 创建简单的区块链 API

应用程序编程接口（也称为 API）是任何应用程序的核心和灵魂。API 帮助不同的软件/平台相互交互。这带来了区块链外部网络和系统的凝聚性和无缝集成。API 区分前端和后端部分，并进一步简化交互。API 有助于将区块链功能轻松集成到现有系统中

设置 API 环境

由于您的系统中已安装并配置了 Go，因此您可以继续设置 API 环境。Go 有一个标准库，足以满足 API 需求，但您仍然可以使用 Gin 和 Swagger 来构建和记录您的 API。

安装和配置使用 Go 创建 API 所需的工具。

go get -u github.com/gin-gonic/gin //Gingo get -u github.com/swaggo/swag/cmd/swag //Swagger 用于文档

构建 API

构建 API 提供了一种模块化方法，允许将区块链功能可扩展且可维护地集成到各种系统中。

创建一个 API 来定义使用 Go 添加块和查看区块链的端点。

//设置服务器包 mainimport（    “github.com/gin-gonic/gin”    “net/http”）func main（）{    r := gin.Default（）    r.POST（“/mine”，mineBlock）    r.GET（“/chain”，getChain）    r.Run（“：8080”）} //添加块处理程序func addBlockHandler（w http.ResponseWriter，r *http.Request）{    var newBlock Block    json.NewDecoder（r.Body）.Decode（&newBlock）    blockchain.addBlock（newBlock.Data）    json.NewEncoder（w）.Encode（newBlock）}func getBlockchainHandler（w http.ResponseWriter，r *http.Request）{    json.NewEncoder（w）.Encode（blockchain） }// 定义 API 端点 func mineBlock(c *gin.Context) {    // 挖掘新区块的逻辑    c.JSON(http.StatusOK, gin.H{“message”: “Block mined successful”}) }func getChain(c *gin.Context) {    // 返回区块链的逻辑    c.JSON(http.StatusOK, gin.H{“chain”: blockchain}) }

在上面的代码片段中，API 块处理程序是处理与区块链操作相关的请求的函数，例如添加新块或检索块数据。API 端点是 API 中与不同操作或资源相对应的特定 URL 或路由。

第 5 章：运行和测试应用程序

任何开发过程的最后一步都是测试应用程序。这告诉我们很多有关我们创建的应用程序的功能的信息。有几种测试方法——单元测试、集成测试和质量保证测试。在部署应用程序之前对其进行测试并使其完全正常运行非常重要。

运行应用程序

编译并运行Go区块链应用程序。

运行main.go

此命令将编译并执行您的代码。结果，您将在指定的 8080 端口收到传入请求。

使用 Postman 进行测试

使用 Postman 或 curl 测试 API 端点。

curl -X POST -d ‘{“数据”：“新块”}’ http://localhost:8080/block

单击“发送”以提交请求。您应该收到一条响应，指示该块是否已成功添加。

第 6 章：使用 Go 构建区块链应用程序的实例

胜利！您已到达开发之旅的终点。在结束之前，让我们将迄今为止所学的所有内容结合起来，并将其实现为一个分步代码。

逐步执行

  • 步骤 1：使用 Go 语法创建具有必要属性的 Block 结构。

  • 第2步：实现calculate_hash方法。

  • 步骤 3：使用创世块定义并初始化区块链结构。

  • 步骤 4：使用 Go 实现添加新块和检索最新块的方法。

  • 步骤5：向区块结构添加工作量证明功能并更新区块链结构。

  • 第 6 步：设置 API 环境以使用 Go 处理请求。

  • 步骤 7：通过挖掘新区块并使用 Postman 或 curl 验证区块链来测试应用程序。

package mainimport (    “crypto/sha256”    “encoding/hex”    “encoding/json”    “fmt”    “log”    “net/http”    “strconv”    “strings”    “time”    “github.com/gorilla/mux”）// Block 代表区块链中的每个“项目”类型 Block struct {    Index        int    // 块在链中的位置    Timestamp    string // 块创建的时间戳    Data        string // 存储在块中的数据    PreviousHash string // 前一个块的哈希值    Hash        string // 当前块的哈希值    Proof        int    // 证明Work}// 区块链代表整个区块链type Blockchain struct {    Blocks []Block }// 创建创世区块（链中的第一个区块）func createGenesisBlock() Block {    return Block{        Index:        0,        Timestamp:    time.Now().String(),         Data:        “Genesis Block”,         PreviousHash: “0”,        Proof:          0,        Hash:          calculateHash(0, time.Now().String(), “Genesis Block”, “0”, 0),     }}// 计算区块的哈希值func calculateHash(index int, timestamp, data, previousHash string, proof int) string {    record := strconv.Itoa(index) + timestamp + data + previousHash + strconv.Itoa(proof)    hash := sha256.New()    hash.Write([]byte(record))    hashed := hash.Sum(nil)    return hex.EncodeToString(hashed) }// 工作量证明算法——一个简单的 PoW 实现，我们在其中找到具有一定数量前导零的哈希值func (b *Block) proofOfWork(difficulty int) {    for {        b.Hash = calculateHash(b.Index, b.Timestamp, b.Data, b.PreviousHash, b.Proof)        if strings.HasPrefix(b.Hash, strings.Repeat(“0”,difficulty)) {             break          }          b.Proof++     }}// 向区块链添加新区块func (bc *Blockchain) addBlock(data string,difficulty int) {    prevBlock:=bc.getLatestBlock()    newBlock := Block{        Index:        prevBlock.Index + 1,        Timestamp:    time.Now().String(),        Data:        data,        PreviousHash: prevBlock.Hash,        Proof:        0,     }    newBlock.proofOfWork(difficulty)    bc.Blocks = append(bc.Blocks, newBlock) }// 获取链中的最新区块func (bc *Blockchain) getLatestBlock() Block {    return bc.Blocks[len(bc.Blocks)-1] }// 使用创世区块初始化区块链func initializeBlockchain() *Blockchain {    genesisBlock := createGenesisBlock()    return &Blockchain{[]Block{genesisBlock}}}// API Handlers// 获取整个区块链func getBlockchainHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {    json.NewEncoder(w).Encode(blockchain.Blocks)}// 向区块链添加新区块func addBlockHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {    var newBlockData struct {        Data string `json:”data”`    }    _ = json.NewDecoder(r.Body).Decode(&newBlockData)    blockchain.addBlock(newBlockData.Data,difficulty)    json.NewEncoder(w).Encode(blockchain.getLatestBlock()) }// 初始化工作量证明的区块链和难度级别var blockchain = initialiseBlockchain()var diff = 3 // 工作量证明的难度级别// 设置 API 服务器func main() {    router := mux.NewRouter()    router.HandleFunc(“/blockchain”, getBlockchainHandler).Methods(“GET”)    router.HandleFunc(“/block”, addBlockHandler).Methods(“POST”)    log.Println(“Listening on port 8080…”)    log.Fatal(http.ListenAndServe(“:8080”, router))}

结论和未来方向

恭喜！您已成功使用 Go 构建了一个功能齐全的区块链应用程序！通过本指南，您获得了基础技能，包括从头开始创建区块链、实施工作量证明以及设置 REST API 以与您的区块链进行交互。此旅程的主要收获包括：

  • 定义和构建块

  • 实施共识机制

  • 集成区块链交互的 API

但这仅仅是个开始。随着您继续使用 Go 进行区块链开发，还有很多令人兴奋的领域值得探索和改进。

Go 在去中心化应用程序 (dApp) 开发中的未来潜力巨大。一些值得深入研究的高级主题包括：

  • 探索先进的共识机制

  • 可扩展性改进

  • 互操作性

  • 实际应用

在您前进的过程中，不要犹豫去尝试、改进和创新。区块链的世界正在迅速发展，而您的 Go 技能将使您始终处于最前沿。

感谢您关注本指南，并祝您在继续区块链开发之旅时编码愉快！

另请查看：如何使用 Plutus 构建您的第一个区块链：分步教程