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[Python] 详解python实现简单区块链结构

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发表于 2021-4-25 19:46:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
       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。
& S% N9 p; L' D0 o7 c& L       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。
/ ~% S- t3 ^/ e( n 1.jpg
. J" J' W% A- g* Y! V7 U一、比特币内部结构
) C0 G: }* a4 t+ i& {比特币内部结构有四部分:$ }$ c. M6 |9 C& O% a
  • 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
    7 ~( M- c. z9 O
二、实现的比特币结构
& M4 q/ W% m# v
  • 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
    ) K# ]& F: _0 B9 D
注意:当前实现了一个简单的区块链结构,并不完整。
7 ?+ X, }$ ?, H( G8 M三、代码实现* K9 {" V# k9 f2 L
1.定义区块的结构) |* l2 z, J5 R) l/ L
"""
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
6 d1 `  a) }0 ~, I- x$ d1 a; f       创世区块:没有前一个区块,这里的previous_hash和data是自己写死的。
3 J+ q# l" ^( }, y6 ^8 [1 z& }& h
# 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。0 u2 b: @' t, [. D1 n
3.挖矿函数定义8 k# f' S+ G$ t: r6 J/ K
       代码如下:
8 J* @; x4 m4 y- G$ r  x
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
, I, _8 Q7 A: E4 `: }       代码如下:3 v8 W: L% _/ ?( ~
"""
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。1 }2 }. U' Q2 s4 R
四、代码运行. ?6 ^! G1 j) K! J4 x
       测试代码:: t- i6 K* \( F. t( g
from 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:, R) D5 i% t3 N) s. c
2.jpg 2 z  h& O- C( G
       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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