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。# m0 H) ] U: d9 C1 N
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。
8 z6 R8 j6 @2 H
0 a9 { l6 v. ~( ]6 ?; u. M一、比特币内部结构
# [0 L5 W$ f7 Y. J1 K+ S# \比特币内部结构有四部分:; Z$ O, Z3 ]% u- b
- 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 s" z7 A; @' Q 二、实现的比特币结构
# f( H6 a1 c5 [0 C, ] ]5 b4 {4 ?! l- 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
$ r5 H% E; m3 f 注意:当前实现了一个简单的区块链结构,并不完整。
' H1 ~) ]% v+ s I三、代码实现: O6 e3 |. ^0 e8 s: ~/ }
1.定义区块的结构" b: L4 e+ p; O8 D/ f' o8 L! \* O
"""
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
+ _/ `# h+ G' o* d 创世区块:没有前一个区块,这里的previous_hash和data是自己写死的。
$ V% H% g2 g a- `% 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。+ L& s- g+ t5 i
3.挖矿函数定义) {* P% j8 \; U
代码如下:
5 {8 P* ]& v! T% i1 ^: \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
8 x6 s9 [3 E* X5 H 代码如下:% F) \/ l; W3 u5 z0 F5 A6 ^
"""
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。- Z0 E3 C: N; H( m# T- N- d
四、代码运行
6 h! s4 z/ p# L; E' S 测试代码:
: o, p. \% l* ^( h( }8 Dfrom 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:- t6 L9 p3 w$ B+ T# N6 s9 P n
' w3 w5 Z$ `$ X6 ]5 W7 X8 c* k
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。 |