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。9 R) V; i' Y) N- o- ?3 E$ P
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 z! W+ b, C+ ^5 g5 Z( b
- f/ ~ D5 F1 V: L' ?% `
一、比特币内部结构
" a i7 Y8 X' W5 ^ `比特币内部结构有四部分：$ _3 x! c+ y0 L
- 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
2 [" |% B- {) l' v' e/ {8 [& p
二、实现的比特币结构
5 Y: v4 v5 \/ k) H. O4 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5 d# q/ U) k; }5 W$ X [! ` q
注意：当前实现了一个简单的区块链结构，并不完整。6 N H+ F& N, _7 o6 R8 {
三、代码实现9 G. q4 F% W( D, j- P
1.定义区块的结构; b, U4 `6 ]3 b! d r$ J# 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
* o8 f& U7 ^$ a6 r& w4 N1 Y+ l 创世区块：没有前一个区块，这里的previous_hash和data是自己写死的。
: M% P, O! W4 A! b8 _8 t) _) s# 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。
( t T) ^7 Q: ]; d7 [/ |3.挖矿函数定义2 S) L5 _, L# ~& s n9 N9 `
代码如下：
3 q1 b/ e6 p- R7 |. `5 ?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% h5 U5 N$ q# U8 `: j
代码如下：* C; }$ Q! e4 g6 U1 n% G
"""
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 ]& l- Y3 c* [四、代码运行
0 \5 a C3 v7 j# t- Q% Z" H( E) e: ^ 测试代码：
% s6 J) D' A* q2 J8 `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：
: g* ^4 ^ j" g d" e4 s" E$ h
( k( ^3 b4 w* w. @0 H$ g' m `6 U& | 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