用Rust实现区块链

前两部分我们都是将区块链存储在内存中。从这一部分开始，我们将区块链持久化到硬盘中，默认使用KV数据库sled。

数据库结构

KEY	VALUE
tip_hash	区块链中最后加入块的hash值
height	区块链中的高度
blocks:{hash}	区块的hash值，blocks为前缀。

pub const TIP_KEY: &str = "tip_hash";
pub const HEIGHT: &str = "height";
pub const TABLE_OF_BLOCK: &str = "blocks";

Storage Trait

考虑到存储的可扩展性，将来使用其他KV数据库，如：RocksDB。我们定义了storage trait。

pub trait Storage: Send + Sync + 'static {// 获取最后一个块的hash值fn get_tip(&self) -> Result<Option<String>, BlockchainError>;// 获取一个区块fn get_block(&self, key: &str) -> Result<Option<Block>, BlockchainError>;// 获取区块链的高度fn get_height(&self) -> Result<Option<usize>, BlockchainError>;// 以事务的方式更新区块链 fn update_blocks(&self, key: &str, block: &Block, height: usize);// 获取区块的迭代器fn get_block_iter(&self) -> Result<Box<dyn Iterator<Item = Block>>, BlockchainError>;
}

// 定义区块的迭代器
pub struct StorageIterator<T> {data: T
}impl<T> StorageIterator<T> {pub fn new(data: T) -> Self {Self { data }}
}// T泛型需要满足Iterator约束
// T的item类型需要满足能转换成Block
impl<T> Iterator for StorageIterator<T>
whereT: Iterator,T::Item: Into<Block>
{type Item = Block;fn next(&mut self) -> Option<Self::Item> {self.data.next().map(|v| v.into())}
}

Sled的实现

pub struct SledDb {// seld::Dbdb: Db
}impl SledDb {pub fn new(path: impl AsRef<Path>) -> Self {Self {db: sled::open(path).unwrap()}}fn get_full_key(table: &str, key: &str) -> String {format!("{}:{}", table, key)}
}impl Storage for SledDb {......fn update_blocks(&self, key: &str, block: &Block, height: usize) {// 使用事务let _: TransactionResult<(), ()> = self.db.transaction(|db| {let name = Self::get_full_key(TABLE_OF_BLOCK, key);db.insert(name.as_str(), serialize(block).unwrap())?;db.insert(TIP_KEY, serialize(key).unwrap())?;db.insert(HEIGHT, serialize(&height).unwrap())?;db.flush();Ok(())});}fn get_block_iter(&self) -> Result<Box<dyn Iterator<Item = Block>>, BlockchainError> {let prefix = format!("{}:", TABLE_OF_BLOCK);let iter = StorageIterator::new(self.db.scan_prefix(prefix));Ok(Box::new(iter))}
}

修改区块链

// 默认使用sled数据库
pub struct Blockchain<T = SledDb> {storage: T,tip: Arc<RwLock<String>>,height: AtomicUsize,
}impl<T: Storage> Blockchain<T> {pub fn new(storage: T) -> Self {// 如果数据库中有tip值，则加载到内存。// 否则创建一个创世块，并更新到数据库中。if let Ok(Some(tip)) = storage.get_tip() {let height = storage.get_height().unwrap();Self {storage,tip: Arc::new(RwLock::new(tip)),height: AtomicUsize::new(height.unwrap()),}}else {let genesis_block = Block::create_genesis_block(CURR_BITS);let hash = genesis_block.get_hash();storage.update_blocks(&hash, &genesis_block, 0 as usize);Self {storage,tip: Arc::new(RwLock::new(hash)),height: AtomicUsize::new(0),}}}pub fn mine_block(&mut self, data: &str) {let block = Block::new(data, &self.tip.read().unwrap(), CURR_BITS);let hash = block.get_hash();self.height.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);self.storage.update_blocks(&hash, &block, self.height.load(Ordering::Relaxed));let mut tip = self.tip.write().unwrap();*tip = hash;}pub fn blocks_info(&self) {let blocks = self.storage.get_block_iter().unwrap();for block in blocks {info!("{:#?}", block);}}
}

验证

RUST_LOG=info cargo run --example gen_bc --quiet
INFO blockchain_rust_part_3::blocks::blockchain: Block {header: BlockHeader {timestamp: 1650259594,prev_hash: "",bits: 8,nonce: 233,},data: "创世区块",hash: "00d76473e80522e336a1078227d10d599190d8ef6877fa1d6fa980d692ef3c18",
}

第一次执行，创建了创世块，且存入到了数据库中。再次执行，取出的区块信息应该与第一次执行时创建的区块一样。大家可以自己验证。

工程结构

完整代码：

https://github.com/Justin02180218/blockchain_rust

更多文章，请关注公众号：coding到灯火阑珊

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