从0到1简易区块链开发手册V0.1

从0到1简易区块链开发手册V0.2-创建钱包https://blog.51cto.com/clovemfong/2161923从0到1简易区块链开发手册V0.3-数据持久化与创世区块https://blog.51cto.com/clovemfong/2162169从0到1简易区块链开发手册V0.4-实现转账交易的思路分析https://blog.51cto.com/clovemfong/2163057从0到1简易区块链开发手册V0.5-实现余额查询https://blog.51cto.com/clovemfong/2163109从0到1简易区块链开发手册V0.6-实现打印区块https://blog.51cto.com/clovemfong/2163211

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前言

这是我这段时间学习区块链开发以来打造的第一个区块链平台，之所以叫做简易区块链，是因为它确实比较简易，仅仅是实现了底层的一些功能，不足以作为一个真正的公链使用，但通过学习，我们能够通过代码更加理解比特币白皮书中描述的各种比特币原理，区块链世界，无论是研究理论的，还是实战开发的，甚至炒币玩资本的，都离不开比特币的影子，区块链技术毕竟是从比特币中剥离抽象而来，所以，作为一个技术人员，无论是研究以太坊，超级账本，甚至是各种公链，包括某些山寨公链，都需要先去理解比特币原理，而对于开发者而言，理解原理最好的方式就是将其通过代码实现，当然，我们这里实现的一些原理只是应用实战范围之内可以实现的，比如椭圆加密算法，我们要实现的只是使用椭圆加密去实现某些加密功能，而非用代码去实现一个完整的椭圆加密代码库，这个不再本文的讨论范围内，所以本文面向的群体是:

• 对比特币原理不了解，但没时间看太多的资料文献的初学者
• 对比特币原理有所了解，但是停留在理论阶段的研究者
• 没有对比特币进行研究，想直接研究以太坊，超级账本的实战者(大神除外)
• 对Golang熟悉，但是不知道如何入手区块链的开发者或者是像我一样的运维 :-)

本文中，我们先通过命令行的方式演示区块链的工作流程以及相关原理，涉及到比较重要的内容，比如Sha256哈希，椭圆加密，Base58编码等内容，我会根据时间以及后期的工作情况进行适当调整，这注定是一个短期内没有结尾的故事。

为表尊敬，写在前面，建议先阅读该文档

本文的学习资料来自这位liuxhengxu前辈翻译的资料

能将资料翻译得如此完美，相比其技术功能也是相当深厚的，感谢分享

建议大家可以先看该资料后再来看我的这系列文章，否则可能会有一些难度，由于该资料是通过循序渐进的方式进行版本迭代，慢慢引导开发者不断对原有的代码进行优化，拓展，非常认真并细心，希望大家时间充裕的时候以及对某些本文并未写清楚的地方，强烈建议阅读该资料。

本文在此基础上进行了一些修改(谈不上改进)，我摒弃一些过于基础的以及后期需要大量重构的代码，直接通过该项目的执行流程进行代码分析，这样可以稍微节省一些大家的时间，把有限的精力放在对业务有更大提升的技术研究上。

一. 功能描述

Usage:        createwallet                        -- 创建钱包        getaddresslists                        -- 获取所有的钱包地址        createblockchain -address address                        -- 创建创世区块        send -from SourceAddress -to DestAddress -amount Amount                        -- 转账交易        printchain                        -- 打印区块        getbalance -address address                        -- 查询余额

本文围绕着几个功能进行讲解

• 创建钱包

  通过椭圆加密算法创建钱包地址

• 获取钱包地址

  获取区块链中所有的钱包地址

• 创建创世区块

  实现创世区块的创建，并生成区块链

• 实现转账交易

  通过转账交易，生成区块，并存入区块链

• 打印区块

  打印出所有的区块信息，实现转账交易的溯源

• 查询余额

  查询出对应钱包的余额状态

随着代码的不断完善，我们将会对以上进行改进，并提供更多的功能点进行分析探讨，我们先通过下图简单演示一下如上功能

关于效果图，大家先大致看下即可，不需要刻意研究，在后期的课程中都会涉及。

二. 实现命令行功能

1.定义结构体

定义一个空结构体

type CLI struct {}

2.结构体方法

重要！初学者必看

这里提到的结构体方法并不是真正实现功能的方法，而是命令行对象的方法，这些方法中会调用实际的功能对象方法进行功能实现,在本章节中，创建结构体方法即可，功能代码可以为空，如:

例子:func (cli *CLI) CreateWallet() {}func (cli *CLI) GetAddressLists() {}.....

其他的可以在后期逐步实现，为了让有基础的同学对项目整体提前有些印象，所以，代码内容我直接复制粘贴进来，不做删减，在后期的内容中，会逐步涉及到每个调用的对象方法或者函数的作用。

2.1 创建钱包CreateWallet

func (cli *CLI) CreateWallet() {    _, wallets := GetWallets() //获取钱包集合对象    wallets.CreateNewWallets() //创建钱包集合}

2.2 获取钱包地址GetAddressLists

func (cli *CLI) GetAddressLists() {    fmt.Println("钱包地址列表为:")        //获取钱包的集合，遍历，依次输出    _, wallets := GetWallets() //获取钱包集合对象    for address, _ := range wallets.WalletMap {         fmt.Printf("\t%s\n", address)    }}

2.3 创建创世区块CreateBlockChain

func (cli *CLI) CreateBlockChain(address string) {    CreateBlockChainWithGenesisBlock(address)    bc :=GetBlockChainObject()    if bc == nil{        fmt.Println("没有数据库")        os.Exit(1)    }    defer bc.DB.Close()    utxoSet:=&UTXOSet{bc}    utxoSet.ResetUTXOSet()}

2.4 创建转账交易Send

func (cli *CLI) Send(from, to, amount []string) {    bc := GetBlockChainObject()    if bc == nil {        fmt.Println("没有BlockChain，无法转账。。")        os.Exit(1)    }    defer bc.DB.Close()    bc.MineNewBlock(from, to, amount)    //添加更新    utsoSet :=&UTXOSet{bc}    utsoSet.Update()}

2.5 查询余额GetBalance

func (cli *CLI) GetBalance(address string) {    bc := GetBlockChainObject()    if bc == nil {        fmt.Println("没有BlockChain，无法查询。。")        os.Exit(1)    }    defer bc.DB.Close()    //total := bc.GetBalance(address,[]*Transaction{})    utxoSet :=&UTXOSet{bc}    total:=utxoSet.GetBalance(address)    fmt.Printf("%s,余额是：%d\n", address, total)}

2.6 打印区块PrintChains

func (cli *CLI) PrintChains() {    //cli.BlockChain.PrintChains()    bc := GetBlockChainObject() //bc{Tip,DB}    if bc == nil {        fmt.Println("没有BlockChain，无法打印任何数据。。")        os.Exit(1)    }    defer bc.DB.Close()    bc.PrintChains()}

3. 相关函数

3.1 判断参数是否合法 isValidArgs

func isValidArgs() {    if len(os.Args) < 2 {        printUsage()        os.Exit(1)    }}

判断终端命令是否有参数输入，如果没有参数，则提示程序使用说明，并退出程序

3.2 程序使用说明

func printUsage() {    fmt.Println("Usage:")    fmt.Println("\tcreatewallet\n\t\t\t-- 创建钱包")    fmt.Println("\tgetaddresslists\n\t\t\t-- 获取所有的钱包地址")    fmt.Println("\tcreateblockchain -address address\n\t\t\t-- 创建创世区块")    fmt.Println("\tsend -from SourceAddress -to DestAddress -amount Amount\n\t\t\t-- 转账交易")    fmt.Println("\tprintchain\n\t\t\t-- 打印区块")    fmt.Println("\tgetbalance -address address\n\t\t\t-- 查询余额")}

3.3 JSON解析的函数

func JSONToArray(jsonString string) []string {    var arr [] string    err := json.Unmarshal([]byte(jsonString), &arr)    if err != nil {        log.Panic(err)    }    return arr}

通过该函数将JSON字符串格式转成字符串数组，用于在多笔转账交易中实现同时多个账户进行两两转账的功能。

3.4 校验地址是否有效

func  IsValidAddress(address []byte) bool {    //step1：Base58解码    //version+pubkeyHash+checksum    full_payload := Base58Decode(address)    //step2：获取地址中携带的checkSUm    checkSumBytes := full_payload[len(full_payload)-addressCheckSumLen:]    versioned_payload := full_payload[:len(full_payload)-addressCheckSumLen]    //step3：versioned_payload，生成一次校验码    checkSumBytes2 := CheckSum(versioned_payload)    //step4：比较checkSumBytes，checkSumBytes2    return bytes.Compare(checkSumBytes, checkSumBytes2) == 0}

以下三个功能实现之前需要先调用该函数进行地址校验

• 创建创世区块
• 转账交易
• 查询余额

4.命令行主要方法Run

Usage:        createwallet                        -- 创建钱包        getaddresslists                        -- 获取所有的钱包地址        createblockchain -address address                        -- 创建创世区块        send -from SourceAddress -to DestAddress -amount Amount                        -- 转账交易        printchain                        -- 打印区块        getbalance -address address                        -- 查询余额

我们将如上功能展示的实现功能写在Run方法中，实现命令行功能的关键是了解os.Args与flag

关于这两个功能，此处不再赘述，否则篇幅会无限臃肿。

代码块均在方法体Run中，下文将分步骤对代码实现进行体现

func (cli *CLI) Run() {}

4.1 判断命令行参数是否合法

isValidArgs()

4.2 创建flagset命令对象

createWalletCmd := flag.NewFlagSet("createwallet", flag.ExitOnError)    getAddresslistsCmd := flag.NewFlagSet("getaddresslists", flag.ExitOnError)    CreateBlockChainCmd := flag.NewFlagSet("createblockchain", flag.ExitOnError)    sendCmd := flag.NewFlagSet("send", flag.ExitOnError)    printChainCmd := flag.NewFlagSet("printchain", flag.ExitOnError)    getBalanceCmd := flag.NewFlagSet("getbalance", flag.ExitOnError)    testMethodCmd := flag.NewFlagSet("test", flag.ExitOnError)

如上，通过flag.NewFlagSet方法创建命令对象，如createwallet,getaddresslists,createblockchain等命令对象

固定用法，掌握即可。

4.3 设置命令后的参数对象

flagCreateBlockChainData := CreateBlockChainCmd.String("address", "GenesisBlock", "创世区块的信息")    flagSendFromData := sendCmd.String("from", "", "转账源地址")    flagSendToData := sendCmd.String("to", "", "转账目标地址")    flagSendAmountData := sendCmd.String("amount", "", "转账金额")    flagGetBalanceData := getBalanceCmd.String("address", "", "要查询余额的账户")

通过命令对象的String方法为命令后的参数对象

• createblockchain命令后的参数对象：address
• send命令后的参数对象: from | to |amount
• getbalance命令后的参数对象: address

其中createwallet，getaddresslists，printchain命令没有参数对象。

4.4 解析命令对象

switch os.Args[1] {    case "createwallet":        err := createWalletCmd.Parse(os.Args[2:])        if err != nil {            log.Panic(err)        }    case "getaddresslists":        err := getAddresslistsCmd.Parse(os.Args[2:])        if err != nil {            log.Panic(err)        }    case "createblockchain":        err := CreateBlockChainCmd.Parse(os.Args[2:])        if err != nil {            log.Panic(err)        }    case "send":        err := sendCmd.Parse(os.Args[2:])        if err != nil {            log.Panic(err)        }    case "getbalance":        err := getBalanceCmd.Parse(os.Args[2:])        if err != nil {            log.Panic(err)        }    case "printchain":        err := printChainCmd.Parse(os.Args[2:])        if err != nil {            log.Panic(err)        }    case "test":        err := testMethodCmd.Parse(os.Args[2:])        if err != nil {            log.Panic(err)        }    default:        printUsage()        os.Exit(1)    }

匹配对应的命令，用命令对象的Parse方法对os.Args[2:]进行解析。

4.5 执行对应功能

//4.1 创建钱包--->交易地址    if createWalletCmd.Parsed() {        cli.CreateWallet()    }    //4.2 获取钱包地址    if getAddresslistsCmd.Parsed() {        cli.GetAddressLists()    }    //4.3 创建创世区块    if CreateBlockChainCmd.Parsed() {        if !IsValidAddress([]byte(*flagCreateBlockChainData)) {            fmt.Println("地址无效，无法创建创世前区块")            printUsage()            os.Exit(1)        }        cli.CreateBlockChain(*flagCreateBlockChainData)    }    //4.4 转账交易    if sendCmd.Parsed() {        if *flagSendFromData == "" || *flagSendToData == "" || *flagSendAmountData == "" {            fmt.Println("转账信息有误")            printUsage()            os.Exit(1)        }        //添加区块        from := JSONToArray(*flagSendFromData)     //[]string        to := JSONToArray(*flagSendToData)         //[]string        amount := JSONToArray(*flagSendAmountData) //[]string        for i := 0; i < len(from); i++ {            if !IsValidAddress([]byte(from[i])) || !IsValidAddress([]byte(to[i])) {                fmt.Println("地址无效，无法转账")                printUsage()                os.Exit(1)            }        }        cli.Send(from, to, amount)    }    //4.5 查询余额    if getBalanceCmd.Parsed() {        if !IsValidAddress([]byte(*flagGetBalanceData)) {            fmt.Println("查询地址有误")            printUsage()            os.Exit(1)        }        cli.GetBalance(*flagGetBalanceData)    }    //4.6 打印区块信息    if printChainCmd.Parsed() {        cli.PrintChains()    }

5. 测试代码

在main.go中中添加测试代码

package mainfunc main() {    cli:=BLC.CLI{}    cli.Run()}

编译运行

$ go build -o mybtc main.go

测试思路

1. 查看命令行列表是否可以正常显示
2. 输入非法字符查看是否有错误提示

业务功能此处暂未实现，测试时忽略。

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