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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。  Y' n# g( K+ @, P8 r# {7 y7 J
       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。$ `" K; n) I, b3 V/ y. ]! T
1.jpg 6 X3 ]! c4 e* C# D5 s: y$ E
一、比特币内部结构
. K9 Y2 k' [8 D: _1 e  }; d7 {比特币内部结构有四部分:& N9 {% F" S- B3 A3 `1 \6 F1 F
  • 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
    , A# w; M* K$ \* Y( ], H
二、实现的比特币结构! g7 ^  V$ C4 C8 i7 W
  • 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+ A* T1 t3 N/ ?
注意:当前实现了一个简单的区块链结构,并不完整。1 n2 X% _* F/ b& a5 Y9 S$ Q3 b) o
三、代码实现5 U* ]- @) a$ R0 J4 r
1.定义区块的结构8 A) d& {) Y/ j
"""
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$ S5 t7 y6 M" ~' p3 m. S
       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 q; V- A+ J6 @) B- f7 h% M) @* X/ f
# 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。
& c* C: q% k" \9 [9 N, v( U3.挖矿函数定义
0 y' ?' u; \. v; w( x       代码如下:
: ?4 T) R. H/ [# j: E3 g5 a% Q. @
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( J) h+ B! C; G2 {5 s2 ]
       代码如下:) n. z3 C+ s. A/ V4 F# U
"""
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。4 m8 a. T2 s1 {8 \3 \1 o& q9 J
四、代码运行
1 }% A5 s# r- W; `, w       测试代码:: K, j  @$ @+ U9 Q
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:" [- }3 w  x+ v" f/ O1 I. Z: Z
2.jpg 9 f, x* |1 {( J( I0 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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