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。
+ Z* o3 w9 V4 U! X. w: w" h 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。
" }$ Z% A& [" d1 I( Y0 {6 i$ g
% Z5 L, y" h4 E- J一、比特币内部结构' _3 m( J5 J f' e: G' b: H" k# q5 U
比特币内部结构有四部分：6 k* t0 P7 I" n8 H! j9 g% u
- 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
8 W. s" g9 \ Y4 ]1 w9 I& }: q. p
二、实现的比特币结构
4 o1 a7 q D! _3 V, b, q6 T0 z- 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
9 `: a9 `) I. e) E
注意：当前实现了一个简单的区块链结构，并不完整。3 n+ b* I" I8 G% T+ h$ J
三、代码实现6 o L1 `7 Y2 B; g h% j
1.定义区块的结构4 F1 Q7 j4 U# 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; `+ J) w% R# f- }0 c9 F. E; 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。+ W' z7 `8 W2 {
# 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 S7 [ h9 T% ~% ]- n \* Z* R
3.挖矿函数定义
2 C; w& T4 N# E- m, } 代码如下：
9 _# r* W6 A1 F. U0 s; Edef 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: k0 B5 C9 G; i4 C+ t& {
代码如下：
! Z/ x8 E% U. t$ c8 I. Q: s"""
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。" [5 T. t; O9 q1 Z0 P/ h4 Q
四、代码运行
; Y+ p5 B% O% O( x- z+ c 测试代码：
; M: T5 q7 [* T4 M' K4 N" ofrom 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：' t! @& Y" C6 W, M, b% Y) f
$ u6 u0 w5 T5 ]! i 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