61行代码构建最简单区块链

首先我导入了 hashlib和datetime让我们分别计算哈希和时间戳块。

导入是将代码从一个模块传输到另一个模块的修改。如果没有 datetime 导入我的区块链将无法处理时间戳或者在没有 hashlib 导入的情况下无法创建哈希。

区块链包含两个类Block类和Blockchain类。添加到区块链的每个块都使用Block类进行相同的建模。

块类

该块必须包含以下属性

• 区块的编号设置为 0因为它是链中的第一个区块称为创世区块
• 数据设置为无
• 接下来设置为无。这充当了指向下一个块的指针继续链接的趋势。
• 哈希设置为无。块的散列是至关重要的因为它是使区块链如此安全和不可变的密码学的一部分。
• nonce设置为 0。 nonce 是一个随机整数一遍又一遍地迭代直到找到“Golden Nonce”。在工作量证明中矿工们首先竞争找到正确的哈希值。随机数更改多次直到它有助于生成正确的哈希。这样就完成了区块的验证区块就可以加入链中了。
• 前一个哈希设置为 0x0。存储前一个块的散列使区块链不可变因为更改一个块的散列会影响所有后续块。
• 时间或时间戳描述交易发生的时间用于同步网络中的所有块。

Block类它确定添加到链中的每个块的标准

当我们创建一个块时我们存储它的数据。构造函数init初始化类的属性。自我和数据表示将包含在对象块中的内容。

哈希

下一步是添加哈希函数计算区块的哈希值。

将nonce、data、前一个 hash、timestamp和块号放入一个字符串并通过 SHA-256 函数运行。SHA-256 是一种常用于区块链的加密哈希算法。“ h ”是使用 SHA-256 的变量。因为我在代码开头导入了hashlib所以可以使用SHA-256。散列函数中的所有组件将创建块的散列在创建新块时将其添加到散列字段中。

图片中的最后一行描述了将在输出中显示的内容或打印的内容。在这种情况下输出将显示块的哈希和块号。

区块链类

下一步是创建代码的第二个类Blockchain类。区块链类包括

• 难度设置为20。通过增加难度我们有效地减小了目标范围。减小目标范围会使挖掘块变得更加困难这在处理具有许多节点的网络时非常有用以找到可接受的哈希值。

• 最大随机数设置为 2 的 32 次方即 32 位数字中可以存储的最大数。随机数必须小于要接受的目标数。
• 目标数设置为 2 的 256 次方减去难度。在这种情况下难度为 20。

区块链中的第一个块是创世块如第 34 行所示。现在我完全陷入了下一行代码dummy = head = block。任何链表的开头都称为head。由于我们的链表的头部是创世块我们在代码中将其写为head = block。然而仅此一点还不够具体——在 Python 中对象是通过引用传递的。Head和block会指向同一个东西。必须在head变量在本例中为dummy 之前写入一个随机变量以告诉计算机head与block指向的对象不同。

添加块

我们将继续认为区块链是add函数的链表用于将块添加到链中。

区块链在哈希的帮助下形成一个链表。哈希将块联系在一起使其不可变。前一个哈希第 39 行必须设置为等于当前位于列表顶部的块。然后将新块设置为等于当前块加一如第三行代码所示。

最后两行有助于形成区块链的形状。如“self.block.next = block”所示每个块都有一个指向下一个块的指针因此下一个指针被设置为块。这会将块添加到列表的末尾。下一行“self.block = self.block.next”将指针向前移动以继续将块添加到列表末尾的趋势。

矿业

接下来我添加了一个挖矿功能。我使用了工作量证明共识机制比如比特币。为了将块添加到链中节点会尝试不同的随机数直到找到小于目标范围的哈希值。

第 46 行开始一个循环。它首先设置一些猜测准则范围从 0 到最大随机数。它在第 47 行继续检查当前块的哈希是否小于或等于目标。哈希必须在 Python 中转换为整数因此是int。如果哈希值低于目标值该过程将继续并且可以添加块第 48 行。接下来打印块最后我们暂停挖矿。但是如果哈希不小于目标数我们将随机数加 1 并重试。

整理起来

我们以从第 56 行开始的循环结束我们的代码。它计算 10 个随机块。你可以玩弄这些数字但它总是会停在你插入的任何整数处。

第 60 行提示打印 10 个块。一旦你完成了这条线你就正式完成了运行几次以检查错误并欣赏您的作品。仅用 61 行代码您就创建了一个可以生成块、计算哈希并将所有内容放在一起的区块链

整体代码如下

import datetime
import hashlib

class Block:
    blockNo = 0
    data = None
    next = None
    hash = None
    nonce = 0
    previous_hash = 0x0
    timestamp = datetime.datetime.now()

    def __init__(self, data):
        self.data = data

    def hash(self):
        h = hashlib.sha256()
        h.update(
        str(self.nonce).encode('utf-8') +
        str(self.data).encode('utf-8') +
        str(self.previous_hash).encode('utf-8') +
        str(self.timestamp).encode('utf-8') +
        str(self.blockNo).encode('utf-8')
        )
        return h.hexdigest()

    def __str__(self):
        return "Block Hash: " + str(self.hash()) + "\nBlockNo: " + str(self.blockNo) + "\nBlock Data: " + str(self.data) + "\nHashes: " + str(self.nonce) + "\n--------------"

class Blockchain:

    diff = 20
    maxNonce = 2**32
    target = 2 ** (256-diff)

    block = Block("Genesis")
    dummy = head = block

    def add(self, block):

        block.previous_hash = self.block.hash()
        block.blockNo = self.block.blockNo + 1

        self.block.next = block
        self.block = self.block.next

    def mine(self, block):
        for n in range(self.maxNonce):
            if int(block.hash(), 16) <= self.target:
                self.add(block)
                print(block)
                break
            else:
                block.nonce += 1

blockchain = Blockchain()

for n in range(10):
    blockchain.mine(Block("Block " + str(n+1)))

while blockchain.head != None:
    print(blockchain.head)
    blockchain.head = blockchain.head.next