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。
; H" {4 C0 f7 c- M" B4 M 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。
. x3 n3 c, h/ z# Q
3 B& F. h" X8 c. A0 s/ c一、比特币内部结构
* x( p/ O( x8 D: D$ c5 M比特币内部结构有四部分:
; J/ @9 N8 E, q5 S: T/ y5 B- 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
, b" p$ Q/ g# l2 l 二、实现的比特币结构
5 R. U0 v! B4 t0 b- 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8 Y7 {# x2 w( M: t n7 z
注意:当前实现了一个简单的区块链结构,并不完整。
' Y1 W/ f7 P& S# d1 Q' D" h- h三、代码实现
0 D& M1 J9 U6 ?' t/ Q& B1.定义区块的结构7 Q, g5 r) r2 M, r4 |; ^2 x% ~
"""
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* j) C2 b0 f1 ~' x% D' M' |
创世区块:没有前一个区块,这里的previous_hash和data是自己写死的。7 h3 g" U* Y. H- Z) L+ w% \/ ]5 A
# 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。
" q. x1 F+ H; o+ K- l3.挖矿函数定义
4 Y0 `( d7 L; W. a, p 代码如下:' p4 q9 s# x2 j7 m) c& h) N
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
) {5 G6 o/ ?3 s& u 代码如下:) u F$ b Q. j1 R/ [2 o: V
"""
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。
3 O! A1 t5 b+ M; O. G8 S9 c四、代码运行. p/ R$ c; V8 a b2 T) l
测试代码:
+ E; i- p* v5 x- G; C7 h8 {3 gfrom 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:2 k6 p: I7 L% s5 x5 y" j# W# t- |
' ?2 O4 q' y# Y( }& S
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。 |