如何使用 Rust 从头构建一个区块链
英文原文链接 https://coinsbench.com/how-to-build-a-blockchain-from-scratch-in-rust-9cedb59f8897
2021年对加密货币、NFT和去中心化应用程序(DAPPs)来说是重要的一年，2022年将更重要。区块链是所有这些技术背后的底层技术。
区块链技术有潜力改变我们生活的几乎每一个方面，包括金融行业、旅游和出行、基础设施、医疗保健、公共部门、零售、农业和采矿、教育、通信、娱乐等。
世界上每个我崇拜的聪明人都有一个原因。他们明白这是第四次工业革命的驱动力: 蒸汽机、电力，然后是微芯片——第四次是区块链和加密货币。 —— 布洛克 皮尔斯（Brock Pierce）
什么是区块链？
区块链是跨点对点网络的去中心化交易账本，您也可以将区块链看作是不可变的去中心化数据库。一个区块链可以从根本上分解为几个组件，如节点、交易、区块、链和共识协议(工作证明、权益证明、历史证明)。
如果你像我一样，喜欢通过实战来学习。那么本文通过使用Rust构建一个区块链，会让你对区块链如何工作的有个基本概念。
听起来还不错是吧？那让我们开始吧。
现在开始
让我们从创建一个新的Rust项目开始：
cargo +nightly new blockchain
然后切换到你刚创建的目录中：
cd blockchain
然后为构建区块链添加必要的依赖包：
[dependencies]
chrono = "0.4"
serde = { version = "1.0.106", features = ["derive"] }
serde_json = "1.0"
sha2 = "0.10.0"
下一步，创建 models 目录来保存你的区块链的大部分逻辑。目录中添加两个文件 blockchain.rs 和 block.rs。
两个文件中引入下面的依赖包并保存他们：
// Blockchain.rs
use chrono::prelude::*;
// internal module
use super::block::Block;
// Block.rs
use super::blockchain::Blockchain;
use chrono::prelude::*;
use sha2::{Sha256, Digest};
use serde::{Deserialize, Serialize};
可能你已经注意到在 blockchain.rs 文件中引入了 use super::block::Block;， 这里我们只是引入了 block.rs 文件中的结构体，不用担心后面我会解释。
在引入必要的依赖包之后，让我们在 blockchain.rs 文件中定义一个 Blocks 类型:
type Blocks = Vec<Block>;
下一步，在 blockchain.rs 中创建 Blockchain 类型，并添加一个空的实现：
// Blockchain 代表区块链的结构体
#[derive(Debug)]
pub struct Blockchain {
// 添加到链中的第一个区块
pub genesis_block: Block,
// 存储区块
pub chain: Blocks,
// 验证一个区块需要的最小工作量
pub difficulty: usize,
}
impl Blockchain {}
下一步， 在 block.rs 文件中定义 Block 类型，并添加空的实现：
// Block 代表区块链中的区块结构体
#[derive(Debug, Clone, Serialize, Deserialize)]
pub struct Block {
// 保存的当前区块的索引
pub index: u64,
// 当前区块的创建时间
pub timeStamp: u64,
// 区块的工作证明
pub proof_of_work: u64,
// 前一个区块哈希
pub previous_hash: String,
// 当前区块哈希
pub hash: String
}
impl Block {}
创建创世区块
创世区块是区块链中创建的第一个区块。接下来创建一个函数可以为我们的区块链生成一个创世区块，并返回一个新的 Blockchain 类型。
在 blockchain.rs 中添加我们的 Blockchain 实现，代码如下：
imple Blockchain {
pub fn new(difficulty: usize) -> Self {
// 链中的第一个块
let mut genesis_block = Block {
index: 0,
timestamp: Utc::now().timestamp_millis() as u64,
proof_of_work: u64::default(),
previous_hash: String::default(),
hash: String::default()
};
// 从创世链开始创建链
let mut chain = Vec::new();
chain.push(genesis_block.clone());
// 创建一个区块链实例
let blockchain = Blockchain {
genesis_block,
chain,
difficulty
};
blockchain
}
}
上面的代码主要实现了这些功能：
- 创建我们的
genesis_block实例 - 将我们创建的
genesis_block添加到Blockchain类型的链中 - 返回一个
Blockchain类型的实例
在我们创建的 genesis_block 实例中，注意到我们设置 previous_hash 的值为空字符串（String::default()），这是因为创世区块是区块链中的第一个区块所以不存在上一个区块。
还要注意，我们将 genesis_block 的哈希值设为一个空字符串("")，这是因为我们还没有为我们的创世区块计算哈希值。
为区块生成哈希值
哈希是根据当前区块的信息加密生成的。
在 block.rs 文件中为我们的区块实现添加 calculate_hash() 函数：
// 计算区块哈希
pub fn calculate_hash(&self) -> String {
let mut block_data = self.clone();
block_data.hash = String::default();
let serialized_block_data = serde_json::to_string(&block_data).unwrap();
// 计算生成 SHA-256 哈希值
let mut hasher = Sha256::new();
hasher.update(serialized_block_data);
let result = hasher.finalize();
format!("{:x}", result)
}
上面的代码中，实现了如下功能：
- 区块数据转为JSON格式
- 使用 SHA256 加密算法计算区块数据的哈希
- 返回16进制格式的哈希结果
创建一个新的区块
很棒！我们已经实现了创建创世区块和计算区块哈希的功能。
现在让我们在 blockchain.rs 文件中给 Blockchain 类型的实现添加创建新区块的功能：
pub fn add_block(&mut self, nonce: String) {
let new_block = Block::new(
self.chain.len() as u64,
nonce,
self.chain[&self.chain.len() - 1].previous_hash.clone()
);
new_block.mine(self.clone());
self.chain.push(new_block.clone());
println!("New block added to chain -> {:?}", new_block);
}
这里我们做了如下操作：
- 添加了
add_block函数，形参是 &mut self(Blockchain类型的实例) - 创建
Block类型的实例 - 使用
Block类型的挖矿函数挖崛出一个区块哈希 - 将新区块添加到区块链中
接下来在 block.rs 文件中给 Block 类型实现添加如下代码：
// 创建一个新区块，会自动计算并设置哈希
pub fn new(
index: u64,
previous_hash: String,
) -> Self {
// 当前要创建的区块
let mut block = Block {
index: 0,
timestamp: Utc::now().timestamp_millis() as u64,
proof_of_work: u64::default(),
previous_hash: String::default(),
hash: String::default(),
};
block
}
这里做了如下操作：
- 添加
new()函数接收两个参数 index 和 previous_hash - 创建
Block类型的实例 - 为我们的区块生成区块哈希
- 最后返回
Block类型的实例
挖崛新区块
我们已经成功实现了创建一个新区块。
让我们继续添加功能来挖崛新区块。挖掘新区块的过程包括生成一个以指定个数的0开头的SHA256哈希，这将是挖掘新区块时矿工必须解决的挖掘难度。
接下来在 Block 类型的实现中添加一个新函数
// 挖崛区块哈希
pub fn mine(&mut self, blockchain: Blockchain) {
loop {
if !self.hash.starts_with(&"0".repeat(blockchain.difficulty)) {
self.proof_of_work += 1;
self.hash = self.generate_block_hash();
} else {
break;
}
}
}
干得漂亮，目前为止我们已经实现了我们的区块链，现在让我们测试它。
让我们在 models 目录中新增 mod.rs 文件，并写入如下代码：
pub mod block;
pub mod blockchain;
这里主要是将我们早些时候添加的 blockchain.rs 和 block.rs 文件在 main.rs 文件中可以公开访问。
现在给 main.rs 文件添加如下代码：
mod models;
fn main() {
let difficulty = 1;
let mut blockchain = models::blockchain::Blockchain::new(difficulty);
models::blockchain::Blockchain::add_block(&mut blockchain);
}
小结一下
通过本文你已经了解了如何使用 rust 从头创建一个简单的区块链。
我希望您喜欢阅读本文，您可以在这里获得这个Rust区块链的完整源代码。
任何问题欢迎留言评论。
