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。
) g/ s% \! u9 R' j; K) K 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。
( @4 n5 O* c0 [9 \: c$ k) E
" ]! R" {4 U# @7 ?
一、比特币内部结构4 H# n5 b+ ?3 Z- U: `
比特币内部结构有四部分：
( c e. B( k& w/ E/ I: }( S% z- 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
1 G; g2 `! ^8 u( E# r1 S
二、实现的比特币结构1 |! s' Z+ z7 _' B5 u
- 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
% @9 J! H1 b# W# P) o E% T
注意：当前实现了一个简单的区块链结构，并不完整。
0 c* Z7 ~* P3 b' P三、代码实现
2 Q* q$ @" ?$ P% i1.定义区块的结构
6 P: ?2 s: b0 U; w"""
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
" S3 T4 l! s1 k 创世区块：没有前一个区块，这里的previous_hash和data是自己写死的。7 V' l2 n6 i! K* [
# 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。
( M. t1 Q: E9 e, j3.挖矿函数定义
3 f) [. i$ W, E2 }. E" a9 K 代码如下：
+ L& C; X9 ^2 A$ J3 adef 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
1 o5 [3 z" u3 T0 Z1 L$ W 代码如下：5 x2 ?7 I+ f( I/ K: g2 L1 C
"""
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。
o/ R7 y4 p/ G) \6 k' c0 \# l四、代码运行5 H/ p) ^# n" B s
测试代码：
; G# y+ I1 c5 ?4 l; N& gfrom 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：
4 f, g/ Z9 ~* [6 u( Y F! _
7 R" [% u1 d7 J 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