比特币从诞生到现在已经10年了,最近接触到了区块链相关的技术,为了揭开其背后的神秘面纱,我就从头开始构建一个简单的区块链。 i" `: d6 M1 O
从技术上来看：区块是一种记录交易的数据结构，反映了一笔交易的资金流向。系统中已经达成的交易的区块连接在一起形成了一条主链，所有参与计算的节点都记录了主链或主链的一部分。$ W% K. e+ C0 v) K% d; s
* q( D" I8 x4 _ R% Y
一、比特币内部结构8 j; H1 @9 s0 {
比特币内部结构有四部分：
- r2 {: \' F: ]8 H, g- previous hash: 上一个区块的hash
- data:交易数据
- time stamp:区块生成的时间戳
- nonce:挖矿计算次数% G# T7 ~. G7 R4 ?
二、实现的比特币结构
5 r3 s6 f3 k6 [3 U; Y/ W/ I1 ^- index ：当前区块索引
- timestamp ：该区块创建时的时间戳
- data ：交易信息
- previous hash： 前一个区块的hash
- hash: 当前区块的hash
- nonce : 挖矿计算次数
( z% F i1 \8 k) p8 f: j6 h2 {% _
注意：当前实现了一个简单的区块链结构，并不完整。
/ c) G; X7 @5 M; z三、代码实现% G _0 a+ ~. K2 s1 r; |) q
1.定义区块的结构
' x" C" o$ R8 r! {$ _7 L. L3 A"""
区块设计
"""
import time
import hashlib
class Block:
# 初始化一个区块
def __init__(self,previous_hash,data):
self.index = 0
self.nonce = ''
self.previous_hash = previous_hash
self.time_stamp = time.time()
self.data = data
self.hash = self.get_hash()
# 获取区块的hash
def get_hash(self):
msg = hashlib.sha256()
msg.update(str(self.previous_hash).encode('utf-8'))
msg.update(str(self.data).encode('utf-8'))
msg.update(str(self.time_stamp).encode('utf-8'))
msg.update(str(self.index).encode('utf-8'))
return msg.hexdigest()
# 修改区块的hash值
def set_hash(self,hash):
self.hash = hash
2.创世区块构造
1 W. @+ ]' Q$ W; k4 m: P9 q4 h3 u; q9 j 创世区块：没有前一个区块，这里的previous_hash和data是自己写死的。+ {1 @3 i, L2 f! s# _8 X
# 生成创世区块，这是第一个区块，没有前一个区块
def creat_genesis_block():
block = Block(previous_hash= '0000',data='Genesis block')
nonce,digest = mime(block=block)
block.nonce = nonce
block.set_hash(digest)
return block
这里的mime()函数是后面的挖矿函数。
4 x W8 }0 a5 J( Q5 _3.挖矿函数定义! [, U) `! _3 `% @
代码如下：, l* a4 n# H. ?1 X3 a2 U* Z
def mime(block):
"""
挖矿函数——更新区块结构，加入nonce值
block:挖矿区块
"""
i = 0
prefix = '0000'
while True:
nonce = str(i)
msg = hashlib.sha256()
msg.update(str(block.previous_hash).encode('utf-8'))
msg.update(str(block.data).encode('utf-8'))
msg.update(str(block.time_stamp).encode('utf-8'))
msg.update(str(block.index).encode('utf-8'))
msg.update(nonce.encode('utf-8'))
digest = msg.hexdigest()
if digest.startswith(prefix):
return nonce,digest
i+=1
4.定义区块链结构0 s2 e/ R: B( @+ p5 v( t
代码如下：
% ^8 r6 z' S! c2 o! F4 ]"""
区块链设计
"""
from Block import *
# 区块链
class BlockChain:
def __init__(self):
self.blocks = [creat_genesis_block()]
# 添加区块到区块链上
def add_block(self,data):
pre_block = self.blocks[len(self.blocks)-1]
new_block = Block(pre_block.hash,data)
new_block.index = len(self.blocks)
nonce,digest = mime(block=new_block)
new_block.nonce = nonce
new_block.set_hash(digest)
self.blocks.append(new_block)
return new_block
在添加新区块到区块链时，先挖矿在将新区块加入区块链。
+ { e9 H- A0 V. I, s, @7 h四、代码运行
# |( X$ D; t2 v3 h3 f 测试代码：
- f' ^( e3 {, }. H2 K; }- V- m/ Zfrom BlockChain import *
# 创建一个区块链
bc = BlockChain()
# 添加区块
bc.add_block(data='second block')
bc.add_block(data='third block')
bc.add_block(data='fourth block')
for bl in bc.blocks:
print("Index:{}".format(bl.index))
print("Nonce:{}".format(bl.nonce))
print("Hash:{}".format(bl.hash))
print("Pre_Hash:{}".format(bl.previous_hash))
print("Time:{}".format(bl.time_stamp))
print("Data:{}".format(bl.data))
print('\n')
运行结果：
+ \" P7 ?( I {) P# v
8 g) a* {: Y' P# s5 E 这里添加了4个区块（包括创世区块）,处了创世区块，每个区块的pre_hash都与前一个区块的hash值相等，这代表区块没有被篡改，数据有效。 | 
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发表于 2021-4-25 19:46:12