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。
& U& x) L6 Q/ F+ R1 A+ D 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。2 ~+ \9 ]% u5 g- z' I# a+ q1 P
, ^2 Y5 r( U1 `) e一、比特币内部结构
8 f8 c _, e7 d4 u' J比特币内部结构有四部分：
3 D7 j# D3 b; c4 A6 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
" ~5 I' V1 g, l- T
二、实现的比特币结构* x& V8 L3 X/ [; v0 ^! x/ P4 N
- 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- u7 K! C2 P C) ?0 T
注意：当前实现了一个简单的区块链结构，并不完整。
, ?3 `# J8 o W$ t- Z7 u三、代码实现
" k0 f. r6 g" r0 t& N+ k3 ?1.定义区块的结构4 @* x3 e+ I2 u( M7 H4 V4 d* K
"""
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 p* |) M6 h; ^, k4 ^
创世区块：没有前一个区块，这里的previous_hash和data是自己写死的。
- e/ V5 O( q1 [5 c% p- N# 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 q% |- [' U) J8 g) i7 [9 O3 B3.挖矿函数定义1 Q% f: q* O& y |" X
代码如下：
1 ]2 [# j' y+ p+ Tdef 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
8 l7 L; x2 h, T 代码如下：
% L3 X$ G" b7 o4 q"""
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。* z% d4 D4 u/ u9 c) M" b) X
四、代码运行
" z; b) H9 f; ? R4 X6 w% c 测试代码：
7 e$ v6 O# l. y' ?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：( ?( I- g+ E7 k; S( d
# h8 g# N/ R) h Z 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