本篇文章主要是POS共识的简单实现，其中有许多地方都做了简化。POS的原理已在上篇文章中描述过，如果对POS的原理不太清晰的可以进行查看。文章地址：共识算法学习总结。
代码实现的功能有：添加区块、查看区块链、添加验证者以及查看所有的验证者。代码使用bolt数据库进行数据持久化。
创建一条区块链
系统运行时，首先运行命令创建一条区块链。该函数主要的功能：创建一个创世块，并把创世块保存在bolt数据库中。
func create() {
// 生成创世块
genesisBlock := common.Block{}
genesisBlock = common.Block{
0,
time.Now().String(),
"",
GenerateHashValue(genesisBlock),
"",
common.Validator{},
}
// 获取bolt数据库句柄
db := common.GetDB()
defer db.Close()
// 把创世块添加进数据库文件中
db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {
// 获取bucket
bucket, err := tx.CreateBucketIfNotExists([]byte(common.BlocksBucket))
if err != nil{
fmt.Println(err)
return err
}
// 获取最后一个区块的哈希
lastHash := bucket.Get([]byte("lastHash"))
if lastHash == nil {
bucket.Put([]byte("lastHash"), []byte(genesisBlock.HashCode))
bucket.Put([]byte(genesisBlock.HashCode), serializeBlock(genesisBlock))
}
return err
})
}
添加一个区块
当创建一个区块链后就可以往区块链中添加区块。当添加区块时首先开启共识模块，共识模块会在后面讲解。开启共识模块后，把输入的数据打包成区块，然后把区块添加到候选区块通道中，等待共识模块的确认。最后等待共识模块的完成。
func addBlock(data string) {
// 开始共识
go consensus.Start()
// 把客户端输入的数据封装成区块。这里做了简化，直接生成了区块。
// 实际上应由验证者进行打包区块。
newBlock := generateBlock(data)
// 把新生成的区块添加到候选区块通道中
common.CandidateBlokcs <- newBlock
select {
// 阻塞等待退出
case <- common.ExitChan:
return
}
}
启动共识
在启动共识的函数中，首先开启一个协程，不断读取候选区块切片中的数据，如果读取到区块就把区块追加到临时区块切片中。协程启动完毕后就开始循环POS共识。
func Start(){
// 不断读取候选区块通道，如果有新的区块，就追加到临时区块切片中
go func() {
for candidate := range common.CandidateBlokcs{
fmt.Println("有新的临时区块")
common.TempBlocks = append(common.TempBlocks, candidate)
}
}()
for {
// 循环pos共识算法
pos()
}
}
POS共识
进入共识算法后，首先获取临时区块中的区块，接着获取所有的验证者并根据验证者的权重创建一个新的切片。在这个切片中，验证者的权重越高，重复的次数也就越多，也就越容易被选为出块节点。接着通过一个随机数挑选验证者并打包区块。
func pos() {
// 复制临时区块
temp := common.TempBlocks
// 根据temp的长度判断是否存在临时区块
if len(temp) > 0{
var tempValidators []common.Validator
// 获取所有的验证者
validators := getAllValidators()
// 根据验证者拥有的token数量及时间得出权重，权重越高，被选取为出块节点的概率越大
for i := 0; i < len(validators) - 1; i++{
for j := 0; j < validators[i].Tokens * validators[i].Days; j++{
tempValidators = append(tempValidators, validators[i])
}
}
// 获取数据库句柄
db := common.GetDB()
defer db.Close()
for _, block := range temp{
// 挑选验证者
rand.Seed(time.Now().Unix())
var rd =rand.Intn(len(tempValidators))
block.Validator = validators[rd % len(validators)]
// 持久化
db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {
bucket := tx.Bucket([]byte(common.BlocksBucket))
err := bucket.Put([]byte(block.HashCode), serializeBlock(block))
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
err = bucket.Put([]byte("lastHash"), []byte(block.HashCode))
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
return nil
})
}
mutex.Lock()
common.ExitChan <- true
common.TempBlocks = []common.Block{}
temp = []common.Block{}
mutex.Unlock()
}
}
添加验证者
添加验证者时，需要指定验证者的token数量。验证者的地址用时间来模拟。最后把验证者持久化到数据库中，键为验证者的地址，值为序列化后的验证者。
func addValidator(token int) {
// 验证者的地址用当前时间的sha256值代替
address := calculateHash(time.Now().String())
// 创建一个验证者
validator := common.Validator{
token,
time.Now().Second(),
address,
}
// 添加到数据库中
db := common.GetDB()
defer db.Close()
db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {
bucket := tx.Bucket([]byte(common.PeerBucket))
err := bucket.Put([]byte(validator.Address), serializeValidator(validator))
if err != nil {
log.Fatal(err)
return err
}
return nil
})
}
查看验证者
查看验证者比较简单，只是查询一下数据库并进行打印。
func view() {
var validators []common.Validator
db := common.GetDB()
defer db.Close()
db.View(func(tx *bolt.Tx) error {
bucket := tx.Bucket([]byte(common.PeerBucket))
cursor := bucket.Cursor()
for k, v := cursor.First(); k != nil; k, v = cursor.Next(){
if string(k) == "lastHash"{
continue
}
block := deserializeValidator(v)
validators = append(validators, block)
}
return nil
})
spew.Dump(validators)
}
运行结果
最后
项目中做了很多简化并且有很多设计不合理的地方，以后会继续进行改进。源码：https://github.com/blockchainGuide/Consensus_Algorithm