从0到1 手把手教你建一个区块链("零基础入门：手把手教你构建区块链系统")

原创

ithorizon 6个月前 (10-20) 阅读数 17 #后端开发

零基础入门：手把手教你构建区块链系统

一、区块链基础概念

区块链是一种去中心化的分布式数据库技术，它通过加密算法和网络共识机制，实现数据的保险、可靠和不可篡改。区块链技术被认为是未来金融、供应链、物联网等领域的重要基础设施。

二、构建区块链系统的准备工作

在构建区块链系统之前，我们需要准备以下环境：

Python 3.x

pip（Python 包管理工具）

一个文本编辑器（如：Sublime Text、Visual Studio Code等）

三、构建区块链系统的基本结构

一个易懂的区块链系统关键由以下几个部分组成：

区块（Block）

链（Chain）

工作量证明（Proof of Work）

四、实现区块

区块是区块链系统中的最小单元，它包含以下属性：

索引（index）

时间戳（timestamp）

数据（data）

前一个区块的哈希值（previous_hash）

当前区块的哈希值（hash）

以下是区块的实现代码：


import hashlib
import json
from time import time
class Block:
    def __init__(self, index, timestamp, data, previous_hash):
        self.index = index
        self.timestamp = timestamp
        self.data = data
        self.previous_hash = previous_hash
        self.hash = self.compute_hash()
    def compute_hash(self):
        block_string = json.dumps(self.__dict__, sort_keys=True)
        return hashlib.sha256(block_string.encode()).hexdigest()

五、实现区块链

区块链是由一系列区块组成的链式结构，我们需要实现以下功能：

添加区块

验证区块链的有效性

以下是区块链的实现代码：


class Blockchain:
    def __init__(self):
        self.unconfirmed_transactions = []  # 存储未确认的交易
        self.chain = []
        self.create_genesis_block()
    def create_genesis_block(self):
        genesis_block = Block(0, time(), "Genesis Block", "0")
        self.chain.append(genesis_block)
    def add_block(self, block):
        if self.is_chain_valid():
            self.chain.append(block)
        else:
            print("Invalid Block")
    def is_chain_valid(self):
        for i in range(1, len(self.chain)):
            current = self.chain[i]
            previous = self.chain[i - 1]
            if current.hash != current.compute_hash():
                return False
            if current.previous_hash != previous.hash:
                return False
        return True

六、实现工作量证明

工作量证明（Proof of Work，PoW）是一种共识机制，它要求网络中的节点解决一个计算难题，以证明其计算能力。以下是工作量证明的实现代码：


import hashlib
class ProofOfWork:
    def __init__(self, block):
        self.block = block
        self.target = 2 ** 256 // 10 ** 4
    def run(self):
        nonce = 0
        while True:
            hash = hashlib.sha256((str(self.block.index) + str(self.block.timestamp) + str(self.block.data) + str(self.block.previous_hash) + str(nonce)).encode()).hexdigest()
            if int(hash, 16) < self.target:
                return nonce
            nonce += 1
    def validate(self, block, nonce):
        hash = hashlib.sha256((str(block.index) + str(block.timestamp) + str(block.data) + str(block.previous_hash) + str(nonce)).encode()).hexdigest()
        return int(hash, 16) < self.target

七、测试区块链系统

以下是测试区块链系统的代码：


if __name__ == "__main__":
    blockchain = Blockchain()
    # 添加区块
    for i in range(10):
        data = "Block #{} Data".format(i)
        block = Block(index=i, timestamp=time(), data=data, previous_hash=blockchain.chain[-1].hash)
        proof_of_work = ProofOfWork(block)
        nonce = proof_of_work.run()
        block.hash = hashlib.sha256((str(block.index) + str(block.timestamp) + str(block.data) + str(block.previous_hash) + str(nonce)).encode()).hexdigest()
        blockchain.add_block(block)
    # 验证区块链的有效性
    print("Blockchain validity:", blockchain.is_chain_valid())