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。
$ f, l8 p- T. W" g 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。, P& o" N. V7 b$ y# j
$ K" { r" L4 b) {: B$ F7 ^0 \& b一、比特币内部结构
8 s. a' q, q+ U5 M9 j: H n) ?2 s比特币内部结构有四部分:# q$ h/ R9 E" }. O0 Q
- 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: r' A8 h# B6 D0 U, y
二、实现的比特币结构
: @9 X; v' `9 Z% @/ m! a- 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" u& r4 F. X& N
注意:当前实现了一个简单的区块链结构,并不完整。5 X) }( H! o* w( w6 U8 g4 v0 R
三、代码实现
$ j% O/ [- g. \4 P1.定义区块的结构- g3 y' C* K* f& _, 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
1 M# u- ^: Y1 J8 z! ?7 z; c, K/ ?4 v4 z 创世区块:没有前一个区块,这里的previous_hash和data是自己写死的。* D. ?# l: J- ?
# 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。' g. \% y7 J- t/ m6 m1 b# ]
3.挖矿函数定义
0 n0 C: o/ j4 y+ }" K+ D 代码如下:9 i/ h% z- O8 q; Y
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: @ n- [/ P' E. R( j1 P
代码如下:
: a/ Q7 V$ O! c8 m0 x"""
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。
' i" `: H: b) R* ^8 z5 G/ e M四、代码运行
! p$ g& K& Y+ B) t. u4 C 测试代码:
% Q. q% G$ H+ f& ]: y5 L ffrom 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:
& x6 `8 }8 v# w; v' j
# ]3 ^, `' ?, Q 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。 |