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。
0 g% ? W5 E; l# d/ Y 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。
6 ]2 i, H/ d/ t. A, o
! p$ Z( N: y% ` i( A" \/ r
一、比特币内部结构 5 a ^$ o: g, i
比特币内部结构有四部分:; j' X1 C2 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
! V4 Y2 d; m$ _ f4 K 二、实现的比特币结构
* [0 C+ E$ v( J+ x 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
& Q1 u6 Z6 H; Q& u, m$ P0 Z 注意:当前实现了一个简单的区块链结构,并不完整。7 f" }8 q7 ]9 U, {
三、代码实现 $ M, e! D' s* O. h3 p m3 j
1.定义区块的结构
$ t! @: k2 ?" U* b1 x, 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 ! {& K! {% a0 K) g; k
创世区块:没有前一个区块,这里的previous_hash和data是自己写死的。
9 L3 e- g) X- U) x/ m* D0 |+ O# ~ # 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+ M, G& e2 m) B
3.挖矿函数定义 ) D' u9 Q9 w0 N/ g* w0 @ i0 Q
代码如下:
6 h8 \. b8 U0 v, E6 K$ n: a+ K C 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
. l# o, E& U$ c* m 代码如下:
1 s w4 ~# p1 h' R& I: h: A2 s) n """
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。
+ s& b5 d' {( G9 p2 U/ V 四、代码运行 - c% p+ \% A% x" b, C
测试代码:
# S, q, |9 S# `! P0 B1 l' g 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:, D' }* Y" \! x; n
. K0 C' Q5 a3 w* @* D 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。