Blockchain-Python

Still in quarantine :(

前言

上研究生的时候，我当时有一个课题就是关于区块链的。我还记得当我刚开始研究区块链的时候，是多么的痛苦，不过最后也算挺过来了。但这也不代表着我现在对区块链有多深的造诣和了解，不可否认，区块链技术确实挺有意思的。去中心化，哈希加密，工作量证明，了解这些概念都对加深对编程的了解有很大的帮助。什么？这些概念你都没听过？没关系，我打赌你一定听过这个—比特币（Bitcoins）

Bitcoin

It is the first decentralized peer-to-peer payment network that is powered by its users with no central authority or middlemen (bitcoin.org)

去中心化（Decentralization）

我们是否想过这样一个问题？为什么我们会使用微信，支付宝，和各大银行的金融服务？因为大家都使，还是因为我们信任这些公司？信任，听上去有些看不见摸不到，但是正是因为信任，我们依托第三方机构来完成我们的交易，从而形成了所谓的中心化网络。而比特币，其实可以说是比特币网络打破了这个传统结构，无需第三方介入，通过加密和区块链技术来实现去中心化。当然，上面提到的只是宏观上对于比特币的解释，它到底是怎么交易的呢？

交易（Transaction）

要想弄清楚比特币是如何交易的，我们就得弄清楚上面的图到底说了些什么？我们可以注意懂上图主要有三个元素

1. Public key
2. Private key
3. Hash

通过上面的这三个元素，我们需要明白每一次比特币发生的交易需要用到两种加密技术

• 哈希算法

  1. 加密数值基本不可逆（很难解码）
  2. 在原始数据不同的情况下，不会出现相同的hash value

• 非对称加密算法

  1. 两个钥匙：（公钥和私钥）
  2. 加密过程：通过算法和公钥对数据进行加密
  3. 解码过程：通过加密过程的算法和私钥进行解码

OK！基本概念讲完了，现在我们来看比特币的交易过程。举例：现在有A同学想转账100给B同学

1. 首先我们要把交易信息（100）和要发送的地址（B同学的公钥）做哈希加密获得一个哈希值（h1）
2. 我们用A同学的私钥对h1来进行加密，得到一个加密值s1（签名过程）
3. 我们将签名s1和交易信息发送给同学B
4. 同学B收到信息后，用A同学的公钥来对s1进行解码得到哈希值h1
5. 同学B用自己的公钥和交易信息进行哈希加密得到哈希值h2
6. 验证h1和h2是否相同
7. 交易验证后，就像比特币网络进行广播，而这笔交易会被打包进区块中，再挖掘下一个区块时，这笔交易得到全网共识后，交易就算完成了

   在比特币系统中，公钥生成的钱包地址用于接收比特币，而私钥则用于比特币支付时的交易签名。

在支付比特币时，比特币的所有者需要在交易中提交自己的公钥和该交易的签名。

而比特币网络中所有节点可以通过所提交的公钥和签名进行验证，从而确认支付者对交易的比特币的所有权。

在这来给大家提供一个别人发开的小demo，有助于我们来了解比特币的交易Demo

挖矿（Mining）

想要交易，我们首先得有本金。比特币从哪里来的呢？比特币其实是一种工作量(Proof-of-Work）的一种奖励。上文我们提到，每一笔交易都会被广播到网络中，而挖矿是对节点上接收到的交易进行工作量证明

工作量证明：使用CPU的算力进行穷举法，有概率性的计算出所需要的目标值，如一串开头有N个0的哈希值。

用Python实现一个简单的区块链模型

Block.py

import hashlib as hasher
import datetime as date

class block:
    def __init__(self,index,timestamp,data,p_hash=""):
        self.index=index
        self.timestamp=timestamp
        self.data=data
        self.p_hash=p_hash
        self.nonce=0
        self.my_hash=self.hashblock()

    def hashblock(self):
        sha=hasher.sha256()
        hash_data=str(self.index)+str(self.timestamp)+str(self.data)+str(self.nonce)
        sha.update(hash_data.encode("utf-8"))
        #print(sha.hexdigest())
        return sha.hexdigest()

    def mining(self,diffculty):
        while(self.my_hash[0:diffculty]!=str(0).zfill(diffculty)):
                self.nonce=self.nonce+1
                self.my_hash=self.hashblock()
                #print(self.nonce)

Blockchain.py

import hashlib as hasher
import datetime as date
from Block import block

class blockchain:
    def __init__(self):
        self.chain=[self.gensis_block()]
        self.diffculty=1

    def gensis_block(self):
        print("The gensis block has been created!")
        gensis_block=block(0,date.datetime.now(),'The first block','0')
        print(gensis_block.p_hash,gensis_block.my_hash)
        return gensis_block

    def fetch(self):
        return self.chain[len(self.chain)-1]

    def add_a_block(self,new):
        new.p_hash=self.fetch().my_hash
        new.mining(self.diffculty)
        self.chain.append(new)
    '''
    def next_block(p_block):
        new_index=p_block.index+1
        new_timestamp=date.datetime.now()
        new_data='NO.'+str(new_index)+'block'
        my_new_hash=p_block.my_hash
        return block(new_index,new_timestamp,new_data,my_new_hash)
    '''
    def verify(self):
        for i in range(1,len(self.chain)):
            current_block=self.chain[index]
            last_block=self.chain[index-1]
            if(current_block.my_hash != current_block.hashblock()):
                print("false")
            if(last_block.my_hash != current_block.p_hash):
                print("false")
        return True

main.py

from Blockchain import blockchain
from Block import block
import datetime as date
import time

def main():
    my_block_chain=blockchain()
    start = time.time()
    #print("start to miner first block time :"+str(startMinerFirstBlockTime))
    #my_block_chain.add_a_block(block(1,"02/01/2018","{amount:4}"))
    #print("miner first block time completed" + ",used " +str(time.time()-startMinerFirstBlockTime) +"s")
    num=2
    for i in range(0,num):
        print("start mining:"+str(start))
        my_block_chain.add_a_block(block(i+1,date.datetime.now(),'NO.'+str(i+1)+'block'))
        print("mining completed" + ",used " +str(time.time()-start) +"s")

    for i in range(0,len(my_block_chain.chain)):
        print("**************")
        print("Index:",my_block_chain.chain[i].index)
        print("Previous hash value:",my_block_chain.chain[i].p_hash)
        print("Nonce:",my_block_chain.chain[i].nonce)
        print("Hash value:",my_block_chain.chain[i].my_hash)
        print("Data:",my_block_chain.chain[i].data)



    '''
    blockchain=[gensis_block()]
    previous_block=blockchain[0]
    print(previous_block.data,previous_block.index,previous_block.p_hash,previous_block.my_hash)
    num=10
    for i in range(0,num):
        new_block=next_block(previous_block)
        blockchain.append(new_block)
        previous_block=new_block
        print(previous_block.data,previous_block.p_hash,previous_block.my_hash)
    '''

if __name__ == "__main__":
    main()

参考内容

1. https://www.jianshu.com/p/e1322f84a6ed
2. https://shuwoom.com/?p=643