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。
6 P% K, S; d, u S1 W( a9 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。- G' C7 W6 {- @) U+ B5 h: _$ f( E
5 C' h# ^' ?2 D- f0 D$ d, p
一、比特币内部结构
" ]6 h$ s# ]4 H' P5 S比特币内部结构有四部分:
4 F6 p6 I* y- N+ U1 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+ t) ]1 r$ t3 z) r2 {
二、实现的比特币结构! m* }$ D1 C) o
- 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& m* F) a1 y4 X0 H# }( R/ V
注意:当前实现了一个简单的区块链结构,并不完整。
1 e2 D; l- t l5 \2 z/ L三、代码实现* Z# |5 j" I ]1 n! J9 N& ^3 [
1.定义区块的结构' N3 y3 }( M5 W: p2 Z5 K. I& ?2 I3 ?
- """
- 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/ \! k1 J4 Y; {- `1 c% G5 u
创世区块:没有前一个区块,这里的previous_hash和data是自己写死的。
) u, q4 }7 b5 D& s5 s+ n2 t/ \- # 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。 1 W& r4 l. q) ]* R, P8 d* I
3.挖矿函数定义
* R: }8 x3 v6 d2 T% D9 ~5 A7 F8 J 代码如下: + n9 ~) `0 [( p# _2 T; O l
- 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7 E( x* M2 S2 N
代码如下:
) W0 S- a3 x( u+ A- """
- 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。
8 ]7 A/ f" b5 {: N' S/ p" ^+ a8 n四、代码运行
9 p+ Z E. ?+ _( m; O. J( ?: g 测试代码: ' @5 h7 h, O8 r' s% }- X
- 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: F2 z ~* }* _! n
+ u8 B5 ^; N! _ 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。 |