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。
4 x7 _' p/ t7 C# p0 O1 b 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。
( a N5 s1 E- v. l+ V5 {: ~0 w* r! p, y
) k% Y9 X$ K: S V8 X一、比特币内部结构, i0 ~8 ^! d& {! d7 f& L+ w
比特币内部结构有四部分：
' z/ ]7 X2 F/ t, x) o+ m2 K9 X6 v- 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 ?! G# N2 M% a* b
二、实现的比特币结构! p, q: } F! x0 p, ^% v: @
- 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0 V( R! A+ J' @5 l
注意：当前实现了一个简单的区块链结构，并不完整。$ }5 N) i6 ]3 B0 ~/ ]
三、代码实现* [, _' g( S' ^- [
1.定义区块的结构# {7 n3 ]# Q7 o+ 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% K& Z+ m% Q- l& o
创世区块：没有前一个区块，这里的previous_hash和data是自己写死的。
" @4 T# x' Q( O7 i# 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。8 u! l; _3 y1 a3 R. O
3.挖矿函数定义. @3 p( P* V' A) z
代码如下：
& E* R; ^$ z5 E( T; V- R9 Ndef 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
+ p# B( p" A4 j. t- H9 X 代码如下：
$ _6 V4 I6 `* S; {; 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。( S, v5 ?) H, U0 {; o a
四、代码运行! V$ Y1 C9 k! |
测试代码：- b9 U9 [( E% w; ]# _4 A2 \" a
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：
8 b% W9 ~$ p8 |6 T0 ~
! L1 _( F D e4 u% Z, h& X* t
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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发表于 2021-4-25 19:46:12