Golangによるブロックチェーンの実装(3)—データ持続化(1)BoltDBの使用

データ持続性
前述の論文では,poW掘削可能なブロック鎖を実現した.しかし、私たちの前のブロック情報はキャッシュに保存されており、実行するたびに創世ブロックから開始する必要があります.これは明らかに重要な欠陥であり、本章では永続化を実現します.ビットコインではLevelDBを用いてデータ永続化を行い,ビットコインシステムとLevelDBはいずれもC++で実現される.私たちのブロックチェーンはGoで実現されているので、Go言語で書かれたBoltDBも探しています.
BoltDBの追加
BoltDBはkey/valueベースのストレージであり、SQLリレーショナル・データベース(MySQL、PG)のようなテーブルも行、列もない.データはKey-value構造にのみ存在する(Golangのmapsに似ている).Key-valueはSQLのテーブル機能とあまり差のないバケツ(buckets)に格納されているので、値を得るには「バケツ」と「key」を知る必要があります
BoltDBには次のような特性があります.

小さくて簡潔な

Goによる

の実装

は、

を個別に配置する必要はありません.

は、EMCのデータ構造

をサポートします.
BoltDBの紹介と使用については、私の前の文章を参考にすることができますが、本稿では検討していません.
https://blog.csdn.net/yang731227/article/details/82974575

const dbName = "blockchain.db"  //   
const bkName = "blocks" // 

type Blockchain struct {
   tip [] byte  //          
   Db *bolt.DB //   
}

2つの定数を定義し、dbNameはデータベース名、bkNameはバケツ/テーブル名、バケツはブロック情報を格納します.
Blockchain構造体最新のブロックのハッシュ値を格納するためにtipを追加した.
データシーケンス化処理
BlotDBを使用する前提は、そのK-Vはbyte配列しか記憶できないので、まずBlockを[]byte、すなわちデータシーケンス化に変換し、逆にブロックデータを読み取る必要がある場合は[]byteをBlock、すなわちデータ逆シーケンス化に復元しなければならない.
シーケンス化
データのシーケンス化

func (b *Block) Serialize() []byte  {
	var result bytes.Buffer
	encoder:=gob.NewEncoder(&result)
	err :=encoder.Encode(b)
	if err!=nil{
		log.Panicf("serialize the block to byte failed %v 
",err)
	}
	return  result.Bytes()
}

逆シーケンス化
再実現シーケンス化方法

func DeserilizeBlock (blockBytes []byte) *Block{
   var block Block
   decoder:= gob.NewDecoder(bytes.NewReader(blockBytes))
   err:= decoder.Decode(&block)
   if err !=nil{
   	log.Panicf("deserialize the block to byte failed %v 
",err)
   }
   return  &block
}

データ持続性の実現
ブロックチェーンは創世ブロックによって導かれていることを知っているので、まず創世ブロックを改造しなければならない.前の文章ではNewBlockchain()を使用しています.これは創世ブロックをチェーンに追加したものです.明らかに今、この方法は私たちのニーズを満たしていません.他の方法で置き換える必要があります.ここでは、Blockchain_GenesisBlokc()を再作成します.この関数は実現する必要があります.1.DBファイルを作成し、2を開きます.ブロック情報を格納バケツ3を作成する.創世ブロックの情報をシーケンス化し、DB中4を記憶する.創世ブロックをチェーンに追加
書き込みDB
データを書き込む前に、ビットコインに2つのテーブルでデータを格納する方法を明らかにしなければなりません.

blocksは、チェーン内のすべてのブロックのメタデータ

を格納する.

chainstateストレージチェーンのステータス.現在完了していないトランザクション情報およびその他のメタデータが格納されます.

blocksでは、k->vペアは、「b」+32-byteブロックのhashコード->ブロックインデックスレコード「f」+4-byteファイル番号->ファイル情報レコード「l」->4-byteファイル番号:最後のブロックの番号「R」->1-byteブール値:タグがインデックス「F」+1-byteタグ名長さ+タグ名->1 byte booleanをリセットしているかどうかトランザクションのhash値->トランザクションのインデックスレコード
私たちはまだ取引していないので、今はblocksだけを検討しています.chainstate私たちは検討しないことを示しています.また,ブロックをそれぞれ独立したファイルに存在させず,DB全体を1つのファイルとしてBlocksを格納する.ファイルに関連付けられた数字は必要ありません
次のk->vペアだけが必要です

32-byteこのブロックハッシュ->シーケンス化後ブロック情報

'l->チェーン内の最後のブロックのhash値

func Blockchain_GenesisBlokc() *Blockchain {
   db, err := bolt.Open(dbName, 0600, nil)
   if err != nil {
   	log.Panicf("open the Dbfailed! %v
", err)
   }
   //defer db.Close()
   var tip []byte //           

   err = db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {
   	b := tx.Bucket([]byte(bkName))
   	if b == nil {
   		b, err = tx.CreateBucket([]byte(bkName))
   		if err != nil {
   			log.Panicf("create the bucket [%s] failed! %v
", bkName, err)
   		}
   	}
   	if b != nil {
   		genesisBlock := NewGenesisBlock()
   		//      
   		err = b.Put(genesisBlock.Hash, genesisBlock.Serialize())
   		if err != nil {
   			log.Panicf("put the data of genesisBlock to Dbfailed! %v
", err)
   		}
   		//         
   		err = b.Put([]byte("l"), genesisBlock.Hash)
   		if err != nil {
   			log.Panicf("put the hash of latest block to Dbfailed! %v
", err)
   		}
   		tip = genesisBlock.Hash
   	}
   	return nil
   })
   if err != nil {
   	log.Panicf("update the data of genesis block failed! %v
", err)
   }
   return &Blockchain{tip, db}
}

チェーン内の創世ブロックを変更した後、関数AddBlockを改造しました.以前は、新しいブロックをチェーンに簡単に追加しただけでしたが、次のようにする必要があります.
1.バケツの最後のブロックのHash 2を取り出す.Hashを逆シーケンス化し、最後のブロック情報3を得る.取り出した情報に基づいて、新しいブロック4を作成する.新しいブロックをDBにシーケンス化して格納する

func (bc *Blockchain) AddBlock(data string) {
   err := bc.Db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {
   	b := tx.Bucket([]byte(bkName))
   	if b != nil {
   		blockBytes := b.Get(bc.tip) 
   		latest_block := DeserilizeBlock(blockBytes)
   		newBlock := NewBlock(latest_block.Index+1, data, latest_block.Hash)

   		err := b.Put(newBlock.Hash, newBlock.Serialize())
   		if nil != err {
   			log.Panicf("put the data of new block into Dbfailed! %v
", err)
   		}
   		err = b.Put([]byte("l"), newBlock.Hash) 
   		if nil != err {
   			log.Panicf("put the hash of the newest block into Dbfailed! %v
", err)
   		}
   		bc.tip = newBlock.Hash
   	}

   	return nil
   })
   if nil != err {
   	log.Panicf("update the Dbof block failed! %v
", err)
   }
}

ブロックの読み込み
書き込みDBは改造されていますので、読み取りを実現します

func (bc *Blockchain) PrintChain() {
	fmt.Println("——————————————     ———————————————————————")
	var curBlock *Block
	var curHash []byte = bc.tip
	for {
		fmt.Println("—————————————————————————————————————————————")
		bc.Db.View(func(tx *bolt.Tx) error {
			b := tx.Bucket([]byte(bkName))
			if b != nil {
				blockBytes := b.Get(curHash)
				curBlock = DeserilizeBlock(blockBytes)

				fmt.Printf("\tHeigth : %d
", curBlock.Index)
				fmt.Printf("\tTimeStamp : %d
", curBlock.TimeStamp)
				fmt.Printf("\tPrevBlockHash : %x
", curBlock.PrevBlockHash)
				fmt.Printf("\tHash : %x
", curBlock.Hash)
				fmt.Printf("\tData : %s
", string(curBlock.Data))
				fmt.Printf("\tNonce : %d
", curBlock.Nonce)
			}
			return nil
		})
		//              
		var hashInt big.Int
		hashInt.SetBytes(curBlock.PrevBlockHash)
		if big.NewInt(0).Cmp(&hashInt) == 0 {
			break //     
		}
		curHash = curBlock.PrevBlockHash
	}
}

うんてん

func main() {
	blockChain := BLC.Blockchain_GenesisBlokc()
	defer blockChain.Db.Close();
	blockChain.AddBlock("Send 100 btc to Jay")
	blockChain.AddBlock("Send 50 btc to Clown")
	blockChain.AddBlock("Send 20 btc to Bob")
	blockChain.PrintChain()
}

まとめ
本論文では,BoltDBを用いてデータを永続化することを実現したが,実行するたびに創世ブロックから始まるのはBUGではないか.はい、あなたの考えは間違いありません.本文はデータベースの存在を判断していません.ブロックデータをクエリーする機能も欠けています.心配しないでください.次の章では、データの永続化について説明し続けます.ブロックチェーンの反復とコマンドラインのインタラクティブインタフェースを追加して、私たちの機能をさらに改善します.