用Rust实现区块链 - 1 区块和区块链

区块链从技术角度上看就是一个去中心化的，点对点的，保证最终一致性的分布式数据库。下面我们先来实现区块及区块链。

区块

区块存储了区块链中的有效信息，如交易等。这一部分我们先实现简单的区块及区块链，把框架搭建起来，后面随着新功能的加入，再逐渐去完善。

区块头

#[derive(Debug, Serialize, Deserialize, PartialEq, Eq)]
pub struct BlockHeader {
    timestamp: i64,
    prev_hash: String,
    nonce: usize,
}

timestamp：时间戳 prev_hash：前一个区块的Hash值 nonce：随机数，用于计算工作量证明

区块

#[derive(Debug, Serialize, Deserialize, PartialEq, Eq)]
pub struct Block {
    header: BlockHeader,
    data: String,
    hash: String,
}

header：区块头 data：区块存储的数据，后面在实现交易的功能时，这个字段会修改为交易集合。 hash：块的Hash值

每个区块都计算存储了一个hash值，区块头中存储了前一个区块的hash，这样就形成了一个区块链。如图：

计算hash值

我们对区块头进行hash就可以了，因为区块头包含了区块的所有信息，后面会把交易的hash值也加入到区块头中。

先使用serde和bincode库把区块头序列化成字节，然后再使用SHA256计算hash值。

pub fn serialize<T>(data: &T) -> Result<Vec<u8>, BlockchainError> 
where
    T: Serialize + ?Sized
{
    Ok(bincode::serialize(data)?)
}

pub fn hash_to_str(data: &[u8]) -> String {
    let mut hasher = Sha3::sha3_256();
    hasher.input(data);
    hasher.result_str()
}

新建区块及实现创世块

创世块是区块链中的第一个区块，所以区块头中的prev_hash没有值。

pub fn new(data: &str, prev_hash: &str) -> Self {
    let mut block = Block {
        header: BlockHeader { 
            timestamp: Utc::now().timestamp(), 
            prev_hash: prev_hash.into(), 
            nonce: 0, 
        },
        data: data.into(),
        hash: String::new(),
    };
    block.set_hash();

    block
}

pub fn create_genesis_block() -> Self {
    Self::new("创世区块", "")
}

区块链

我们现在先把区块存储在内存中，后面部分会把区块存储到KV数据库中。

pub struct Blockchain {
    blocks: Vec<Block>,
    height: usize,
}

blocks：区块集合 height：区块链的高度，即区块个数。

挖矿

就是将区块加入到链中

pub fn mine_block(&mut self, data: &str) {
    let prev_block = self.blocks.last().unwrap();
    let block = Block::new(data, prev_block.get_hash().as_str());
    self.blocks.push(block);
    self.height += 1;
}

创建区块链及加入区块

let mut bc = Blockchain::new();

bc.mine_block("Justin -> Bob 2 btc");
bc.mine_block("Justin -> Bruce 2 btc");

bc.blocks_info();

执行结果：

$ RUST_LOG=info cargo run --example gen_bc --quiet

INFO blockchain_rust_part_1::blocks::blockchain: Block {
    header: BlockHeader {
        timestamp: 1650188197,
        prev_hash: "",
        nonce: 0,
    },
    data: "创世区块",
    hash: "dc7e47a45b9b898269efbc4e05cff5d2c8c9dac17cd181451471e62cdcd646c6",
}
INFO blockchain_rust_part_1::blocks::blockchain: Block {
    header: BlockHeader {
        timestamp: 1650188197,
        prev_hash: "dc7e47a45b9b898269efbc4e05cff5d2c8c9dac17cd181451471e62cdcd646c6",
        nonce: 0,
    },
    data: "Justin -> Bob 2 btc",
    hash: "8620a3e7965c71ccf391898bb53a374db8d133a2c7dcbfa05cea9b83a06c04dc",
}
INFO blockchain_rust_part_1::blocks::blockchain: Block {
    header: BlockHeader {
        timestamp: 1650188197,
        prev_hash: "8620a3e7965c71ccf391898bb53a374db8d133a2c7dcbfa05cea9b83a06c04dc",
        nonce: 0,
    },
    data: "Justin -> Bruce 2 btc",
    hash: "3618c57b1aec52b56f820bc20a03f171174a059c5a982e486e0975c1eccbaa12",
}

工程结构

完整代码：