python实现简单区块链结构详解

区块链

比特币诞生已经 10 年了。 最近接触到区块链相关技术。 为了揭开它背后的谜团，我从零开始搭建了一个简单的区块链。

从技术角度看：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区块连接在一起形成一条主链，所有参与计算的节点都记录在主链或主链的一部分中。

一、比特币的内部结构

比特币的内部结构有四个部分：

previous hash：上一个区块的hashdata：交易数据 time stamp：区块产生的时间戳 nonce：挖矿计算次数 2.实现的比特币结构 index：当前区块索引 timestamp：区块创建时间 Stamp data：交易信息 上一个hash : 前一个区块的hash hash: 当前区块的hashnonce: 挖矿计算次数

注意：目前实现了一个简单的区块链结构比特币的创世区块产生于哪一年比特币的创世区块产生于哪一年，并不完整。

三、代码实现 1、定义block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.创世区块结构

Genesis block：没有前一个块，这里的previous_hash和data是硬编码的。

# 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()函数就是后面的挖矿函数。

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

当向区块链添加新块时，挖矿首先将新块添加到区块链。

4.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），并定位创世区块。 每个区块的pre_hash等于前一个区块的哈希值，说明该区块未被篡改，数据有效。