使用 Go（Golang）構建區塊鏈的分步指南首先出現在 Coinpedia Fintech News 上

介紹

區塊鏈從根本上改變了我們看待數據和安全的方式。區塊鏈的核心是一個分佈式賬本，記錄跨多個節點的交易，一旦確認，幾乎不可能更改這些記錄。這一突破性的創新徹底改變了金融領域，催生了加密貨幣市場。

但區塊鏈的影響不止於此——它正在重塑醫療保健、供應鏈管理等行業。

Go（Golang）：區塊鏈開發的完美搭檔

Go，也稱爲 Golang，是 Google 開發的一種編程語言，因其在軟件開發中的效率和可擴展性而廣受讚譽。作爲一種靜態類型的編譯語言，Go 可將代碼直接轉換爲機器語言，從而提高執行速度，而這正是區塊鏈網絡所急需的。

區塊鏈系統要求速度和高吞吐量，而這正是 Go 的優勢所在。

Go 的突出特點之一是它支持併發。這意味着 Go 可以同時處理多個操作，從而最大限度地提高系統利用率。在區塊鏈中，多個區塊和交易同時發生，Go 的併發模型可以有效地管理這些任務，而不會使多線程管理複雜化。

滿足區塊鏈需求的圖書館

Go 附帶一個全面的標準庫，提供網絡、加密和數據處理的基本軟件包，這些是任何區塊鏈系統的關鍵功能。此外，Go 的簡單性和可讀性降低了學習曲線，使開發人員更容易快速掌握該語言及其語法。

強大的社區支持

憑藉龐大而活躍的社區和不斷增長的行業支持，解決區塊鏈開發過程中出現的任何問題都變得更加容易。Go 爲希望構建可擴展、高性能區塊鏈解決方案的開發人員提供了堅實的基礎。

使用 Go 進行區塊鏈開發的實踐指南

本文專爲深入 Go 和區塊鏈世​​界的初學者量身定製。您將學習從設置環境到配置先決條件、編譯和測試自己的區塊鏈應用程序的所有內容。那麼，您準備好使用 Go 探索區塊鏈了嗎？讓我們開始吧！

使用 Go 理解區塊鏈概念

在深入研究語法和功能之前，必須先掌握區塊鏈的核心概念。瞭解這些基礎知識將使我們更容易遵循未來的技術步驟。

Go 中的區塊鏈基礎知識

區塊鏈有三個組成部分：區塊、交易和鏈。

區塊：區塊是區塊鏈的基本單位，它永久存儲交易數據。每個區塊都有自己的元數據，例如索引、時間戳、哈希值和實際交易信息。這些區塊鏈接在一起，形成一個連續且不可變的賬本。

交易：交易是系統的驅動力。它們代表了網絡上有關貨幣交換、信息傳輸等的所有必要信息。每個區塊都包含一系列由區塊鏈網絡處理和驗證的交易。

鏈：每個區塊都有一個指向前一個區塊的指針作爲參考，並且這種連續鏈接在一起的區塊稱爲區塊鏈，因此稱爲區塊鏈。

區塊鏈的核心原則

去中心化：與由中央機構管理的傳統數據庫不同，區塊鏈將控制權分散到多個節點。每個節點都保留區塊鏈的副本，確保透明度並降低集中腐敗或故障的風險。

不變性：一旦數據被記錄在區塊鏈上，就無法更改。這是通過使用加密哈希將每個區塊鏈接到前一個區塊來實現的。任何篡改區塊的企圖都會改變其哈希，從而破壞區塊鏈並向網絡發出警報。

共識機制：共識機制是所有參與者用來驗證交易和賬本狀態的協議。常見機制包括工作量證明（PoW）、權益證明（PoS）和實用拜占庭容錯（PBFT）。

準備好用 Go 構建區塊鏈了嗎？

到目前爲止，您應該已經紮實掌握了區塊鏈基礎知識。現在到了激動人心的部分！在以下部分中，我們將逐步指導您使用 Go 構建自己的區塊鏈應用程序。

準備好動手吧！讓我們深入瞭解使用 Go 進行區塊鏈開發的實際方面。

第 1 章：設置開發環境

在開始編寫代碼和合約之前，正確的開發環境必不可少。這涉及幾個步驟。以下是詳細的入門指南。準備出發！！

安裝 Go

  • 從官方網站下載並安裝最新版本的 Go

  • 確保下載特定於系統的版本（Windows，Mac Os，Linux）

  • 設置環境變量：

Windows：Go 安裝程序會自動將 Go 添加到系統的 PATH 中，但如果需要，您可以通過系統屬性 > 環境變量手動添加它

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

使用命令驗證安裝：go version

這將爲您提供輸出，例如：go version go1.19.0 linux/amd64

選擇 IDE

集成開發環境是任何編程最必要的元素。換句話說，它是另一個代碼編輯器。當你選擇時，有很多選項，但最受歡迎的兩個選擇是 VSCode 和 GoLand。

Visual Studio Code：VSCode – 由 Microsoft 開發的開源平臺，它功能多樣、輕量級，可用於多種編程語言。它提供代碼完成、調試和版本控制等強大功能。

  • 從官方網站下載 VSCode

  • 按照屏幕上的說明並根據您的系統完成安裝。

  • 從擴展面板 (Ctrl + Shift + X) 設置 VSCode，並下載所有必要的擴展，如 Go 擴展、實時共享、Gitlens 等

GoLand：GoLand——由 JetBrains 開發，是一款專爲 Go 開發量身定製的 IDE。它包括強大的調試、測試和重構工具，以及集成的數據庫支持，使其成爲大型項目的強大選擇。

  • 從 JetBrains 官方網站下載 GoLand

  • 設置並安裝 GoLAnd，然後正確設置路徑變量文件 → 設置 → Go → GOROOT

現在您已準備好創建 Go 區塊鏈項目了！

安裝所需的庫

使用 go get 安裝必要的庫。

第 2 章：使用 Go 構建簡單的區塊鏈

區塊是區塊鏈的基礎單元。區塊包含所有交易信息、唯一標識符以及與先前區塊的鏈接。在本章中，我們將更詳細地探討 Golang 中區塊的結構。

1. 創建塊結構

Block 以 struct 數據類型的形式表示，它可以是用戶定義的數據類型。Block struct 包含以下屬性：

  • 索引：索引有助於表示區塊鏈中任何區塊的位置。

  • 時間戳：這是區塊被創建的時間

  • 數據：它包含與交易或區塊狀態相關的任何類型的信息。

  • 前一個哈希：它是與當前塊相連的前一個塊的哈希。

  • 哈希值：通過加密方法決定的每個區塊的唯一密鑰標識符

在下面的代碼片段中，我們實現了塊結構。

類型塊結構 {    Index      int    Timestamp  string    Data     string    PreviousHashstring    Hash      string}

使用 Go 語法實現計算塊哈希值的方法：

導入（    “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）}

函數 calculateHash() 用於計算當前塊的哈希值

2. 創建區塊鏈結構

定義完 blockclass 及其屬性後，您可以進一步創建創世塊。創世塊是區塊鏈中第一個需要初始化的塊，其索引爲零。定義創世塊後，您可以繼續使用 addblock() 方法將新塊添加到區塊鏈中。添加新塊後，還要計算該塊的哈希值。代碼如下：

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(數據字符串) {    prevBlock := bc.getLatestBlock()    newBlock := Block{        Index:        prevBlock.Index + 1,         Timestamp:    “2024-09-16”,         Data:       數據，         PreviousHash：prevBlock.Hash，     }    newBlock.Hash = newBlock.calculateHash()    bc.Blocks = append(bc.Blocks，newBlock)}

第三章：用Go實現共識機制

工作量證明

我們之前在本文中概述了共識機制，現在讓我們在本章中進一步探討它們。共識機制對於保護和驗證交易以及數據庫的狀態至關重要。

最常用的共識機制是工作量證明。在 PoW 中，礦工在時間限制內相互競爭以解決困難的加密難題。因此，只有當您找到最合適的隨機數並得到驗證時，纔會添加新區塊。這種加劇的努力確保沒有人能夠在不花費這些計算努力的情況下控制或引入區塊。

第一步，我們需要向結構體添加一個 proof 屬性：

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

第二步，實現工作量證明方法，生成滿足難度級別的證明。

類型 Block 結構 {    Index      int    Timestamp   string    Transactions []Transaction    Proof      int    PreviousHash string}func (b *Block) proofOfWork(lastProof int) int {    proof := 0    for !isValidProof(lastProof, proof) {        proof++     }    返回證明 }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” }

更新區塊鏈結構以在添加新區塊之前驗證證明。此步驟確保只有有效的區塊纔會添加到區塊鏈中。

類型區塊鏈結構 {    Chain              []Block    CurrentTransactions []Transaction}func (bc *Blockchain) addBlock(proof int, previousHash string) {    block := Block{         Index:       len(bc.Chain) + 1,         時間戳:   time.Now().String(),         交易: bc.CurrentTransactions,         證明:      證明,         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 創建簡單的區塊鏈 API

應用程序編程接口（也稱爲 API）是任何應用程序的核心和靈魂。API 幫助不同的軟件/平臺相互交互。這帶來了區塊鏈外部網絡和系統的凝聚性和無縫集成。API 區分前端和後端部分，並進一步簡化交互。API 有助於將區塊鏈功能輕鬆集成到現有系統中

設置 API 環境

由於您的系統中已安裝並配置了 Go，因此您可以繼續設置 API 環境。Go 有一個標準庫，足以滿足 API 需求，但您仍然可以使用 Gin 和 Swagger 來構建和記錄您的 API。

安裝和配置使用 Go 創建 API 所需的工具。

go get -u github.com/gin-gonic/gin //Gingo get -u github.com/swaggo/swag/cmd/swag //Swagger 用於文檔

構建 API

構建 API 提供了一種模塊化方法，允許將區塊鏈功能可擴展且可維護地集成到各種系統中。

創建一個 API 來定義使用 Go 添加塊和查看區塊鏈的端點。

//設置服務器包 mainimport（    “github.com/gin-gonic/gin”    “net/http”）func main（）{    r := gin.Default（）    r.POST（“/mine”，mineBlock）    r.GET（“/chain”，getChain）    r.Run（“：8080”）} //添加塊處理程序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） }// 定義 API 端點 func mineBlock(c *gin.Context) {    // 挖掘新區塊的邏輯    c.JSON(http.StatusOK, gin.H{“message”: “Block mined successful”}) }func getChain(c *gin.Context) {    // 返回區塊鏈的邏輯    c.JSON(http.StatusOK, gin.H{“chain”: blockchain}) }

在上面的代碼片段中，API 塊處理程序是處理與區塊鏈操作相關的請求的函數，例如添加新塊或檢索塊數據。API 端點是 API 中與不同操作或資源相對應的特定 URL 或路由。

第 5 章：運行和測試應用程序

任何開發過程的最後一步都是測試應用程序。這告訴我們很多有關我們創建的應用程序的功能的信息。有幾種測試方法——單元測試、集成測試和質量保證測試。在部署應用程序之前對其進行測試並使其完全正常運行非常重要。

運行應用程序

編譯並運行Go區塊鏈應用程序。

運行main.go

此命令將編譯並執行您的代碼。結果，您將在指定的 8080 端口收到傳入請求。

使用 Postman 進行測試

使用 Postman 或 curl 測試 API 端點。

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

單擊“發送”以提交請求。您應該收到一條響應，指示該塊是否已成功添加。

第 6 章：使用 Go 構建區塊鏈應用程序的實例

勝利！您已到達開發之旅的終點。在結束之前，讓我們將迄今爲止所學的所有內容結合起來，並將其實現爲一個分步代碼。

逐步執行

  • 步驟 1：使用 Go 語法創建具有必要屬性的 Block 結構。

  • 第2步：實現calculate_hash方法。

  • 步驟 3：使用創世塊定義並初始化區塊鏈結構。

  • 步驟 4：使用 Go 實現添加新塊和檢索最新塊的方法。

  • 步驟5：向區塊結構添加工作量證明功能並更新區塊鏈結構。

  • 第 6 步：設置 API 環境以使用 Go 處理請求。

  • 步驟 7：通過挖掘新區塊並使用 Postman 或 curl 驗證區塊鏈來測試應用程序。

package mainimport (    “crypto/sha256”    “encoding/hex”    “encoding/json”    “fmt”    “log”    “net/http”    “strconv”    “strings”    “time”    “github.com/gorilla/mux”）// Block 代表區塊鏈中的每個“項目”類型 Block struct {    Index        int    // 塊在鏈中的位置    Timestamp    string // 塊創建的時間戳    Data        string // 存儲在塊中的數據    PreviousHash string // 前一個塊的哈希值    Hash        string // 當前塊的哈希值    Proof        int    // 證明Work}// 區塊鏈代表整個區塊鏈type Blockchain struct {    Blocks []Block }// 創建創世區塊（鏈中的第一個區塊）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),     }}// 計算區塊的哈希值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) }// 工作量證明算法——一個簡單的 PoW 實現，我們在其中找到具有一定數量前導零的哈希值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++     }}// 向區塊鏈添加新區塊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) }// 獲取鏈中的最新區塊func (bc *Blockchain) getLatestBlock() Block {    return bc.Blocks[len(bc.Blocks)-1] }// 使用創世區塊初始化區塊鏈func initializeBlockchain() *Blockchain {    genesisBlock := createGenesisBlock()    return &Blockchain{[]Block{genesisBlock}}}// API Handlers// 獲取整個區塊鏈func getBlockchainHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {    json.NewEncoder(w).Encode(blockchain.Blocks)}// 向區塊鏈添加新區塊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()) }// 初始化工作量證明的區塊鏈和難度級別var blockchain = initialiseBlockchain()var diff = 3 // 工作量證明的難度級別// 設置 API 服務器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))}

結論和未來方向

恭喜！您已成功使用 Go 構建了一個功能齊全的區塊鏈應用程序！通過本指南，您獲得了基礎技能，包括從頭開始創建區塊鏈、實施工作量證明以及設置 REST API 以與您的區塊鏈進行交互。此旅程的主要收穫包括：

  • 定義和構建塊

  • 實施共識機制

  • 集成區塊鏈交互的 API

但這僅僅是個開始。隨着您繼續使用 Go 進行區塊鏈開發，還有很多令人興奮的領域值得探索和改進。

Go 在去中心化應用程序 (dApp) 開發中的未來潛力巨大。一些值得深入研究的高級主題包括：

  • 探索先進的共識機制

  • 可擴展性改進

  • 互操作性

  • 實際應用

在您前進的過程中，不要猶豫去嘗試、改進和創新。區塊鏈的世界正在迅速發展，而您的 Go 技能將使您始終處於最前沿。

感謝您關注本指南，並祝您在繼續區塊鏈開發之旅時編碼愉快！

另請查看：如何使用 Plutus 構建您的第一個區塊鏈：分步教程