区块链建造教程：手把手教你从零设计数据结构与共识算法

导读： 对于那些对区块链开发怀有兴趣的人而言，往往是期望能够从源头起始构建出一个确实具备实际可用性的区块链系统。这可不是一件轻而易举就能达成的事情，不过呢...

对于那些对区块链开发怀有兴趣的人而言，往往是期望能够从源头起始构建出一个确实具备实际可用性的区块链系统。这可不是一件轻而易举就能达成的事情，不过呢，凭借着对其核心架构的深入理解并且依照清晰明确的步骤来操作，那是完全能够得以实现的。在这篇文章当中，将会避开那些抽象的概念，直接切入到关键的组件以及具体的实现途径之上，从而为拥有技术背景的开发者们提供一份具有实用价值的构建指南！

如何设计区块链的核心数据结构

区块链的本质是个分布式数据库，它的核心数据结构是“区块”跟“链”。每个区块一般包含区块头（Header）还有交易体（Body）。区块头必定包含版本号、前一区块哈希、时间戳、随机数（Nonce）以及本区块里所有交易的默克尔树根哈希。这样的设计保证了数据的不可篡改性：任何历史交易的变动都会致使其默克尔树根改变，进而破坏后续所有区块的哈希链接，让篡改行为很容易被网络发觉并拒绝。设计之际，挑选高效而又获广泛认同的哈希算法，像SHA - 256这一类，并且选择序列化格式，这是极其关键重要的。

共识算法应该选择哪种更合适

区块链的灵魂乃是共识算法，它起着决定网络里节点怎样就新区块有效性达成一致的作用。对于私有链或者联盟链而言，拜占庭容错即PBFT类算法，因具备较高交易吞吐量以及最终确定性，故而常被选用。而对于追求完全去中心化的公有链来讲，工作量证明也就是PoW或者权益证明即PoS及其变体，是主流的选择。在进行选择时需要权衡，PoW能耗高然而安全性历经长久考验；PoS能效比高，不过可能会带来“富者愈富”的中心化风险。对于开发者而言，需要依据项目所提出的，关于去中心化程度的要求，以及性能方面的要求，还有安全模型方面的要求，来做出相应的选择。

怎样实现点对点的网络通信

负责把独立节点连接成去中心化网络的是网络层，在实现方面，一般会采用TCP或者WebSocket协议来进行节点间通信，其关键任务有实现节点发现，也就是通过种子节点或者DNS列表来获取初始对等节点，还有数据广播，即将新交易和区块快速传播到全网，以及链同步，让新节点能够迅速赶上网络的最新状态，网络模块要稳健地处理节点的加入与退出，并且具备一定的抗垃圾信息攻击能力，开源库像libp2p为这一层的开发提供了良好基础，能够大幅节省开发时间。

在上述核心模块被完成之后，一个最小化的区块链原型便能够运行。在之后，能够在这个基础之上添加智能合约虚拟机、更高级的账户模型等。每一个设计决策都对系统的最终特性有着深刻影响，所以在编码之前进行充分论证是必需的 。

对于那些期望亲自去经手操作实践的开发者而言，您觉得在着手构建首个能够运行起来的区块链原型之际，最大的技术方面的挑战究竟是共识算法的正确无误地去实现呢，还是网络层稳定通信的保障呢？非常欢迎在评论区分享您的看法以及实践经历和经验。