我的区块链技术学习笔记（五）：存储一个区块链

本文约2700字，阅读（观看）需20分钟

到目前为止，我们已经构建了一个工作量证明区块链。 有了工作证明，挖矿将得到解决。 虽然我们越来越接近功能齐全的区块链，但它仍然缺乏一些重要的功能。 在今天的内容中，我们将把区块链持久化到一个数据库中比特币怎么保存在硬盘，然后提供一个简单的命令行界面来完成一些与区块链的交互操作。 本质上，区块链是一个分布式数据库。 但是，我们暂时忽略“分布式”部分，只关注“存储”这一点。

选择数据库

目前，我们的区块链实现不使用数据库，只是在每次程序运行时将区块链存储在内存中。 然后一旦程序退出，所有内容都没有了。 我们没有办法再次使用这条链，也没有办法分享给其他人，所以我们需要将它存入磁盘。

那么，我们应该使用哪个数据库呢？ 实际上，任何数据库都可以。 在最初的比特币论文中，并没有提到具体使用哪个数据库，完全取决于开发者如何选择。 Bitcoin Core 最初由中本聪发布，现在是比特币的参考实现，它使用 LevelDB。 而我们要使用的是...

螺栓数据库

因为它：

非常简洁

在 Go 中实现

无需运行服务器

可以让我们构建所需的数据结构

BoltDB GitHub 上的 README 是这样说的：

Bolt 是一个纯键值存储 Go 数据库，灵感来自 Howard Chu 的 LMDB。 它旨在为不需要像 Postgres 和 MySQL 这样的完整数据库服务器的项目提供一个简单、快速和可靠的数据库。

由于 Bolt 旨在提供一些低级功能，因此简单性是关键。 它的 API 并不广泛，只专注于获取和设置值。 就这样。

听起来非常适合我们的需求！ 让我们快速回顾一下：

Bolt 使用键值存储，这意味着它没有像 SQL RDBMS（MySQL、PostgreSQL 等）那样的表​​，没有行和列。 相反，数据存储为键值对（如 Golang 映射）。 键值对存储在桶中以将相似的键值对分组（类似于 RDBMS 中的表）。 因此，为了得到一个值，你需要知道一个桶和一个键。

需要注意的一件事是，Bolt 数据库没有数据类型：键和值是字节数组。 鉴于其中需要存储Go结构体（准确的说是存储Blocks），我们需要对其进行序列化，即实现一种从Go struct到byte数组的转换机制，同时从byte转换数组返回到 Go 结构。 虽然我们将为此目的使用 encoding/gob，但 JSON、XML、Protocol Buffers 等也是可选的。 我选择使用 encoding/gob 因为它很简单并且是 Go 标准库的一部分。

虽然 BoldDB 的作者因为个人原因不再维护它（见 README），但没关系，足够稳定，还有一个活跃的 fork：coreos/bblot。

数据库结构

在开始实现持久化逻辑之前，我们首先需要决定如何将其存储在数据库中。 对此，我们可以参考Bitcoin Core的做法：

简单来说，Bitcoin Core 使用两个“桶”来存储数据：

其中一个桶是块，它存储描述链中所有块的元数据

另一个bucket是chainstate，它存储了一条链的状态，即当前所有未花费的交易输出，以及一些元数据

此外，出于性能原因，Bitcoin Core 将每个块存储为磁盘上的不同文件。 这样，就不需要为了读取单个块而将所有（或部分）块加载到内存中。 但是，为了简单起见，我们不会实现它。

在块中，key -> value 是：

b + 32字节block hashblock index recordf + 4字节文件号文件信息recordl + 4字节文件号最后使用的块文件号R + 1字节boolean是否reindexF + 1字节flag name length + flag name string1 byte boolean: various flags that can be on or off + 32 bytes of transaction hashtransaction index record

在 chainstate 中，key -> value 是：

c + 32 bytes of transaction hashunspent transaction output record for that transactionB32 bytes of block hash: 数据库代表未花费交易输出的块散列

详情可以在这里找到：_Data_Storage）。

由于还没有交易，我们只需要块桶。 另外，如上所述，我们会将整个数据库存储为单个文件比特币怎么保存在硬盘，而不是将块存储在单独的文件中。 因此，我们也不需要任何与文件编号相关的信息。 最后，我们将使用的键值对是：

32 字节块哈希 -> 块结构

l -> 链中最后一个块的哈希值

这就是关于实现持久性机制的全部知识。 （未完待续）