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詳解python實現簡單區塊鏈結構

區塊鏈

比特幣從誕生到現在已經10年了,最近接觸到了區塊鏈相關的技術,為了揭開其背后的神秘面紗,我就從頭開始構建一個簡單的區塊鏈。

從技術上來看：區塊是一種記錄交易的數據結構，反映了一筆交易的資金流向。系統中已經達成的交易的區塊連接在一起形成了一條主鏈，所有參與計算的節點都記錄了主鏈或主鏈的一部分。

一、比特幣內部結構

比特幣內部結構有四部分：

previous hash: 上一個區塊的hash
data:交易數據
time stamp:區塊生成的時間戳
nonce:挖礦計算次數

二、實現的比特幣結構

index ：當前區塊索引
timestamp ：該區塊創建時的時間戳
data ：交易信息
previous hash：前一個區塊的hash
hash: 當前區塊的hash
nonce : 挖礦計算次數

注意：當前實現了一個簡單的區塊鏈結構，并不完整。

三、代碼實現

1.定義區塊的結構

代碼如下：

"""
區塊設計
"""
import time
import hashlib

class Block:
    # 初始化一個區塊
    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()
    # 獲取區塊的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()
    # 修改區塊的hash值
    def set_hash(self,hash):
        self.hash = hash

2.創世區塊構造

創世區塊：沒有前一個區塊，這里的previous_hash和data是自己寫死的。

# 生成創世區塊，這是第一個區塊，沒有前一個區塊
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

這里的mime()函數是后面的挖礦函數.

3.挖礦函數定義

代碼如下：

def mime(block):
    """
    挖礦函數——更新區塊結構，加入nonce值
        block:挖礦區塊
    """
    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.定義區塊鏈結構

代碼如下：

"""
區塊鏈設計
"""
from Block import *
# 區塊鏈
class BlockChain:
    def __init__(self):
        self.blocks = [creat_genesis_block()]
    # 添加區塊到區塊鏈上
    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

在添加新區塊到區塊鏈時，先挖礦在將新區塊加入區塊鏈。

四、代碼運行

測試代碼：

from BlockChain import *
# 創建一個區塊鏈
bc = BlockChain()
# 添加區塊
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')

運行結果：