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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。
5 [# |. E, _9 e' ^6 G9 n+ t* |       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。
) G7 e3 u+ n$ w 1.jpg ) m, d7 x# n9 g* n5 ]: _6 Q$ ~
一、比特币内部结构
$ J/ D0 Q- {" h, T) B! D) v比特币内部结构有四部分:
& R* C- ]8 T1 E
  • 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: x" S# g. x' Z2 \) I  f/ O
二、实现的比特币结构
+ {7 |* N/ f2 j6 I
  • 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' w0 [1 _, m! P! R! v8 p2 K
注意:当前实现了一个简单的区块链结构,并不完整。
6 }. |: K, C3 o+ d* I* p! z: U; j三、代码实现
6 J4 @6 v. a- i7 @5 O% l8 G1.定义区块的结构
5 u, ]8 V3 \- N
"""
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
5 y' C. L* C) Q8 X' J2 E' T; i       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 P1 V7 [" l9 {  {& i+ N! h
# 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。9 @6 J% b4 t3 I
3.挖矿函数定义
! X" i" |0 E7 }% @$ U       代码如下:; l8 E7 c) v, v7 K
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  V1 t; }/ R* |" S- a: _- P
       代码如下:8 j0 l2 ]- y( H; L  U9 Y4 o; ?- D
"""
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。
1 R: B2 O0 M( v8 h  a四、代码运行
, D+ m: E/ X. O) J       测试代码:
7 @  {  ?/ R+ C8 c$ Q; w- K2 k
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:( X% N( I, Z' ?) A5 W% R$ H2 p
2.jpg * L$ {1 q. J7 q* j
       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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