详解python实现简单区块链结构

区块链

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。

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。

一、比特币内部结构

比特币内部结构有四部分：

1. previous hash: 上一个区块的hash

2. data:交易数据

3. time stamp:区块生成的时间戳

4. nonce:挖矿计算次数

二、实现的比特币结构

1. index ：当前区块索引

2. timestamp ：该区块创建时的时间戳

3. data ：交易信息

4. previous hash： 前一个区块的hash

5. hash: 当前区块的hash

6. nonce : 挖矿计算次数

注意：当前实现了一个简单的区块链结构，并不完整。

三、代码实现

1.定义区块的结构

代码如下：

"""
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

创世区块：没有前一个区块，这里的previous_hash和data是自己写死的。

# 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.

3.挖矿函数定义

代码如下：

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

代码如下：

"""
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。

四、代码运行

测试代码：

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：

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。

来源：https://blog.csdn.net/qq_51212018/article/details/116024685