如何用Go开发一个区块链项目：ABTC

作者简介

强 科 臻

ABitchain 项目的CTO，先后工作在互联网金融，区块链领域。专注于后端技术研发工作，主要专注 Java/Go，尤其是在分布式微服务，高并发，消息通信，区块链共识机制，加密技术等有丰富经验。

目录

1.区块链简单介绍

2.如何开发区块链

3.区块链遇见Go

4.Q&A

1.区块链简单介绍

1.1 区块链特征

• 去中心化

• 可信任的机器，防篡改分布式数据库

• 通过密码学构建账户体系

• 共识，P2P 通信是交易基础

  去中心化可以理解为在区块链网络中所有的网络节点都是对等的，没有任何对权，每个节点上做的都是一样的。区块链也可以简单的理解为去中心化的信任机器，这也是区块链最核心的价值。区块链通过密码学管理账户，通过 P2P 网络，共识算法建立交易的基础，在不借助第三方情况下，两个陌生人完成一笔交易。

1.2 区块链数据形态

区块链通过不可逆的链式结构，从创世块发起，以数据块的形式连接在一起，每个区块包含交易和验证信息，创世块包含初始的挖矿数据和规则。

2.如何开发区块链

区块链开发模式有以下内容:

• 共识模式

• 账号地址生成算法

• P2P 是怎么实现通信的

• 智能合约

• 智能 Pending 区规则简单介绍

• 区块数据底层存储

共识模式

常见的共识算法有 POW（Proof of Work），POS（Proof of Stake），DPOS（Delegated Proof-of-Stake），BPFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）。

共识机制： DPOS+BFT

共识机制主要功能：定时任务管理，洗牌算法、代理池维护和投票机制。

1.定时任务管理。区块链的定时任务都是都是基于 NTP 来做的，通过 NTP 的协议，在相同的时间做相同的事，可以最大程度的保证时间的统一。主要设置的定时任务有定时洗牌、代理出块和节点数据同步。

2.洗牌算法。例如现在我们代理节点有 101 个，在某一个固定的时刻，通过洗牌的方式，将 101 个代理重新排队，将得到一个新的数据，这样设计的目的是在固定的周期内，洗牌的结果各个节点保持一致，整个区块链网络中让每一个节点洗牌结果一致，这是非常复杂的实现过程。

3.代理池和投票机制。普通用户账户上有一定的 Token 或达到某种条件，用户可以通过注册的方式成为代理候选人，注册为代理候选人就可以进入代理池空间。其他用户可以通过投票的方式支持候选人。等投票得到确认，代理池就会实时选出获得投票最多的代理候选人进行排序，这时我们再回到上面的洗牌算法，得出一个新的序列，每个代理就会在新的时间开始出块了。

账户地址生成算法

区块链作为一个交易性质的系统，账户是必不可少的。区块链主要解决两方面的问题，第一是证明数字资产所有权问题，第二是验证交易合法性。

通过密码学的应用，区块链证明了数字资产所有权的问题。如上图所示，私钥通过一种非对称加密方式，椭圆加密算法推导出公钥，公钥推算出地址，这个顺序是不可逆的，所以说一旦拥有了私钥，就拥有了这个地址上所有的资产。解决了数字资产所有权的问题。接下来看一下在交易当中如何证明一笔交易的合法性。如图所示，用户发起一笔交易，需要使用私钥，对交易数据签名，然后把签名交易数据在网络中传播， 其他节点收到交易后，需要使用用户的公钥，解密签名数据，如果能正常解密，并且验证通过，就能证明这笔交易的合法性，这一点是非对称加密算法所保证的。实际上私钥生成公钥的算法非常复杂，这幅图中只是画出了简单的推导过程。

上图是 Achain 的地址生成过程，一开始只产生一个随机数，经过一个多次哈希计算和 base58 的计算推倒出私钥，接下来通过椭圆曲线加密算法推导出公钥，公钥通过特定的方式推导出地址。

P2P实现通信

要了解 P2P 通信，我们首先要了解一下 KAD 路由表，简单的说，这是一种分布式哈希表技术。每个节点内部都维护了这张路由表，如上图所示，可以把这张表简单理解为这个路由表，一行表示一个 K 桶，每个节点启动的时候会生成一个固定的节点编号，就是 NodelID。每个 K 桶的划分方式，是两个节点编号的距离范围值，图中第二列显示出了每个 K 桶容纳邻居节点，具体的距离范围，这个距离的计算方式是两个节点编号的二进制求异或值。例如：两个节点编号距离：0000000011 是 3 映射到 K2 桶中，简单理解了这张路由表，接下来了解一下本地节点是怎么维护这个表的，本地节点启动的时候会加载公共节点到对应的 K 桶中，接下来会随机的生成目标节点编号，计算本地节点和目标节点距离，然后从 K 桶中寻找距离最近的邻居节点，发送寻找命令，邻居节点收到寻找请求，会按照相同的方式找到离目标节点更近的节点，返回给本地节点，本地节点收到后，通过计算距离，放入对应的 K 桶中。这样循环处理，直到整个路由表填满邻居节点。现在，只要发起一笔交易，只需要广播到路由表中的邻居节点，就会迅速同步到全网络。

智能合约

智能合约在区块链当中很重要。智能合约是基于区块链，使用图灵完备的编程语言（例如： Solidity，lua 等）定义一段可运⾏的代码，这段代码完成了一系列的功能和约定。接下来看一下智能合约怎么进入区块链。可执行的代码是存储在区块链的块上的。而且它一旦发布的话就无法修改了，会形成契约，我们可以调用智能合约里面定义的方法，按照我们约定方式执行，得到预想的结果。

既然智能合约是一段代码，在区块链上普通的转帐一步就完成了，手续费一般情况下是固定的。大家都很关心的问题是智能合约怎么计算手续费。这需要考虑到保护整个系统的问题，假如说写一段死循环，区块链可能会挂掉。其实不是这样的，因为智能合约执行的时候，手续费是动态计算的，通过具体执行的代码一行一行计算手续费。上图是智能合约执行中手续费计算的一个参考列表。你写了死循环会把账户余额全部扣完之后，执行就退出了。所以这个智能合约在区块链上是安全，前提只要你有足够的手续费。

智能 Pending 区规则简单介绍

简单说，Pending 区是一个缓冲区域，但是经常会被大家忽略，我认为它在区块链当中作用非常大。用户所有发起的交易，首先会被收集到 Pending 区，同时也起到了保护整个区块链网不被恶意***。所以在设计 Pending 区的时候，我们要考虑到保证每个用户都能有公平参与交易的权利，还要从宏观上控制，微观上调整交易行为，通过完备的经济模式，和多维度智能识别，让区块链处于一个健康的状态。

区块数据底层存储

区块链存储数据结构要满足快速验证交易、有效防篡改、快速检索数据和分叉后能快速回滚等要求。

因为实际存储很复杂，所以我们通过一个例子简单的了解一下。我们最熟悉的比特币底层使用最多的是默克尔树，以太坊使用的是 MPT 树，接下来，我们就从这种树结构开始了解，我们发起一笔交易，交易 hash 值当作 key，key 通过前缀匹配的方式存入下图树状数据结构中 A 位置，产生一个新的叶子结点，由于新节点插入，受影响的父级相关节点 key 值，从下到上，都要重新计算得到新的 Key 值，一直到树根。得到新 Root 节点，代理出块的时候，就会将这个新 Root 节点放入新的区块头中，这笔交易也会放入区块中。如图所示，旧的 root 在区块编号100的区块头中，新的 root 在区块101的区块头中，两个区块又是通过 hash 值连接在一起，所以任何节点出现修改，都会导致 Root 节点变化，Root 节点变化就会导致区块头 hash 值变化，这有效的防止数据的篡改。现在我们基本清楚了一笔新交易，是怎么进入区块中的。当然，这只是对区块链存储一个粗略的了解，实际的存储还要复杂的多。

到此，区块链产生地址，怎么发起交易，怎么验证交易，如何传播交易，如何在去中心的情况下达成共识，确认交易，交易如何存储有了一个简单认识。

3. Go 和区块链的结合

区块链项目使用的编程语言需要满足执行效率高，高并发，跨平台，高效的网络处理能力等要求，所以早期的区块链项目是以 C++ 为主。但是 C++ 入门起来可能也比较难，很多程序员也不是 C++ 出身，进入区块链再学 C++ 就有点难度了。

Go 语言的出现某种程度上就填补了C++ 的短板。

Go 语言有以下特点：

编译速度快，部署简单，跨平台

• 高性能，语言底层支持高并发

• 和C的良好交互性

• 良好的语言设计，更重要的是自带完善的工具链，大大提高了团队协作的一致性

• 自动垃圾回收，省去了不少麻烦

• 特殊的 channel 机制，解决系统内部频繁的通信

  我们是做区块链的团队，想把更多的精力投入在区块链的技术创新和研发上。我们可以用 Go 语言做区块链的创新，同时区块链也是风口的产业，区块链也可以推动 Go 语言的高速发展。所以我们的项目 ABTC 选用了 Go 语言开发，我们的同事都从 JAVA 转过来了，也很快上手了。

  我也做一个广告吧，其实我们整个 ABitchain 是一个技术至上的团队，我们整个团队主要是以社区的形式组织的，大家可以参与到我们的区块链研发中。我们主要是以技术创新为主，我们的目标是区块链 3.0，我们下一个阶段会通过打造立体网络，构建多链并行的区块链，其中有很多技术创新点，大家有兴趣参与进来。

  欢迎大家加入我们，我的演讲就是这些内容，谢谢大家！

Q&A

提问：我有一个比较小白的问题，之前看到讲智能合约那块，假设我有这样一个合约，我跟我朋友对赌，如果皇马赢了巴萨，我就给他一个币，这个合约怎么校验呢？

强科臻：通过智能合约先把对赌的规则写好，参与对赌的两个人会预先把钱充入合约账户中， 比赛结果需要一段时间才能出来，这正好和区块链高度是对应的，因为区块链高度随着时间推移是递增的，在某个确定的高度，调用智能合约中提前写好的方法，这个方法可以访问合约外比较有权威性发布平台，获取比赛结果，根据结果，智能合约会自动钱打到对应的账户上。

提问：假设我选的是 CCTV5 的官网查这个结果，我的朋友在 CCTV5 有人，他为了黑我这个币，把这个结果改了。

强科臻：我想你说的这个可能性太小了，因为作为一个公众性的网站，公布的结果应该是有一定的法律效应的，而且你们既然是朋友，肯定是共识过的，认可 CCTV5 的官网的发布结果。

提问：我们两个认识，就是在这种条件下，我觉得可以说我们两个没有大的利益冲突，但是如果我们不是认识的，只是单纯的生意上的来往呢，如果我的合约变成了几百个币，他的利益很庞大了，他作假的成本可以通过合约回收回来。

强科臻：这种几乎是不可能的，你们两个对赌的时候，在公认的结果出来之前，智能合约会保管对赌双方的资金安全。从外界获取公认的结果，这需要第三方支持，区块链只是帮你完成，把你们两个人的币锁在这个合约里面不会跑，不会出现耍赖情况。

提问：你这个写到的是区块链的 3.0，你们的目标是什么时候达到 EOS 6 月份的进度呢？

强科臻：我们马上上线的主网是区块链 2.5，我们接下来已经规划了两个阶段，这两个阶段我计划年底就达到百万级别 TPS，区块链 3.0 是解决企业应用和数据过大的问题，接下来两个版本会重点解决这两个问题，通过立体网络和并链并行的方式解决。

提问：我接着第一个问题问一下，如果说一场足球比赛放到合约里面，结果到某一个时间点，通过调用外部系统的数据获取结果，这一点我有一点疑惑，在智能合约里面如何会访问外部系统的数据？为什么问这个问题，从原理上来讲，以以太坊智能合约为例，单机的节点要全网所有的节点上，发布到节点上之后，每一个节点都验证这个结果，如果这个数据从外部系统获取过来的，有可能得到的数据结果就不一样，执行的结果就不一样，这个是怎么解决的？

强科臻：因为智能合约在执行的时候，不管是在出块节点执行，还是普通节点执行，都是要保持结果一致的，你刚才说的也会产生这种情况，同步不下来这个块，但是对这个块是认可的，你收到这个块解析不了，但是通过程序是认可这个块。

提问：我问一个问题，刚才一个同学问到 EOS 上线的问题，我想问的是 EOS 的融资额是非常大的，我想问一下 Achain 和 EOS 比都是同属于区块链3.0，Achain 和 EOS 有什么不同？

强科臻：我们 Achain 是通过社区做开发的，整个团队都是比较年轻的，技术迭代非常快，技术实现上，EOS 是比特股的团队，整体还是比特谷的基础上开发，我们 Achain，包括 ABitchain 都是通过全新的技术模板开发的，我觉得不管是开发力量上来说，我们还是优于 EOS，只是他出现的比较早，成名的比较早，所以是值比较大，但是我们也一定会努力的。技术上 EOS 是在比特股的基础上开发，他们底层是用了东西，我们就不会用这些了，我们技术体系上通过打造立体网络，在立体网络上建造多链并发的形式去弥补单机的 TBS 不足的问题，后期我们可能会通过用集群自主的方式，也是基于 IPFS 的形式去解决这种节点数据过多的问题，我们走的是两种技术路线。

提问：我问一个问题，不太了解区块链，但是我听之前讲，也没有听明白区块链到底能用来干什么，按照我的理解，其实区块链也是一个数据库，我能这么理解吗，如果是中心化的话，我只要一个人有写的权限，所有人都有读的权限，这个和区块链有什么区别吗？

强科臻：这个理解非常好，首先区块链可以简单的用数据库实现，但是面临一些问题，区块链所说的分布式数据库不是这儿存一点，那儿存一点，而是某一个节点都存有所有的数据，你一个人往里面写，如果你挂了，整个链就停了，而且你写入没有经过共识，大家怎么信任你呢，要知道区块链出现解决的就是信任问题。

提问：为什么非得去中心化呢？

强科臻：整个社会的核心问题就是信任问题，区块链的出现就是解决信任问题，提供了通过机器承担信任的中介，解决第三方信用的问题，整个网络中你不需要信任任何人，只要把交易推出去就会成交。

提问：你刚才说到百万 TPS 通过哪些方式实现，现在所有的区块链 TPS 距百万都是差得非常远的。

强科臻：其实区块链是单机应用，通过各种性能优化，把单机应用的性能压缩到极致的时候，TPS 也过不了万，这是肯定的，只有进行横向扩展，通过多链并行方式解决这个问题。

提问：横向就有分叉的问题吗？

强科臻：任何时候都有可能存在分叉问题，因为网络是不稳定的，我们会通过立体网络和共识机制去解决这个问题，我们在共识机制选择上选择 DPOS 加BFT 的话，其实是不错的选择，这样可以最大程度的降低分叉的可能性，而且后期因为BFT是拜占庭的算法，但是其实把这个算法进行优化、升级，可以最大程度上降低分叉，有可能就是不分叉。

提问：刚才您说到到数据量太多之后有轻节点出现，数据量跑了几年之后，有了10T、100T 的时候，那之后所谓的去中心化又回到了中心化是吧？

强科臻：我觉得不会的，因为我说的这个集群自组的方式是一个奖励模式也是挖矿模式，大家组装在一起，每个地方存一块数据，大家会把整个数据集中起来，但是这样的集中不是一个，会有很多个，这样有一种奖励机制，你只要帮别人验证了，就能拿到奖励，这个奖励机制会促使大家做这件事情，未来就有人通过轻节点迅速达成交易，有些人就愿意提供这种验证方式，去服务大家，最后不会是只有一个节点存储很多数据。

提问：但是也可能只有几个核心节点，这时候也会出现篡改的情况。

强科臻：核心节点不会是一个，有可能是一个群体网络，去中心化是一个相对的，是最大程度的去中心化。

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