关键词：
文章目录
0 前言
Hi，大家好，这里是丹成学长，今天向同学们介绍如何构建一个区块链系统作为毕设，区块链的原理
🧿 选题指导, 项目分享：
1 区块链基础
学长以比特币的结构向大家详解区块链的组成部分
1.1 比特币内部结构
- previous hash(前一个区块的hash)
- merkle root(默克尔树根节点,内部存储交易数据)
- timestamp(当前区块生成的时间)
- nonce(旷工计算hash值次数)
1.2 实现的区块链数据结构
- index 当前第几个区块
- timestamp 该区块创建时的时间戳
- data 交易信息
- previousHash 前一个区块的hash
- hash 当前区块的hash
1.3 注意点
第一个区块叫做创世区块(genesis block),区块链创建的时候默认生产的这里用的是单纯的链表,不是用默克尔树存储
示例代码
from hashlib import sha256
//区块schema
class Block:
def __init__(self,index,timestamp,data,previousHash=""):
self.index = index
self.timestamp = timestamp
self.data = data
self.previousHash = previousHash
self.hash = self.calculateHash()
//计算当前区块的hash值
def calculateHash(self):
plainData = str(self.index)+str(self.timestamp)+str(self.data)
return sha256(plainData.encode('utf-8')).hexdigest()
def __str__(self):
return str(self.__dict__)
//区块链schema
class BlockChain:
//初始化的时候 创建 创世区块
def __init__(self):
self.chain = [self.createGenesisBlock()]
//构建创世区块
def createGenesisBlock(self):
return Block(0,"01/01/2018","genesis block","0")
//获取最后一个区块
def getLatestBlock(self):
return self.chain[len(self.chain)-1]
//往区块链里面添加区块
def addBlock(self,newBlock):
newBlock.previousHash = self.getLatestBlock().hash
newBlock.hash = newBlock.calculateHash()
self.chain.append(newBlock)
def __str__(self):
return str(self.__dict__)
//校验区块链是不是有效的 有没有人被篡改
def chainIsValid(self):
for index in range(1,len(self.chain)):
currentBlock = self.chain[index]
previousBlock = self.chain[index-1]
if (currentBlock.hash != currentBlock.calculateHash()):
return False
if previousBlock.hash != currentBlock.previousHash:
return False
return True
myCoin = BlockChain()
myCoin.addBlock(Block(1,"02/01/2018","amount:4"))
myCoin.addBlock(Block(2,"03/01/2018","amount:5"))
#print block info 打印区块链信息
print("print block info ####:")
for block in myCoin.chain:
print(block)
#check blockchain is valid 检查区块链是不是有效的
print("before tamper block,blockchain is valid ###")
print(myCoin.chainIsValid())
#tamper the blockinfo 篡改区块2的数据
myCoin.chain[1].data = "amount:1002"
print("after tamper block,blockchain is valid ###")
print(myCoin.chainIsValid())
输出结果
print block info ####:
'index': 0, 'timestamp': '01/01/2018', 'data': 'genesis block', 'previousHash': '0', 'hash': 'd8d21e5ba33780d5eb77d09d3b407ceb8ade4e5545ef951de1997b209d91e264'
'index': 1, 'timestamp': '02/01/2018', 'data': 'amount:4', 'previousHash': 'd8d21e5ba33780d5eb77d09d3b407ceb8ade4e5545ef951de1997b209d91e264', 'hash': '15426e32db30f4b26aa719ba5e573f372f41e27e4728eb9e9ab0bea8eae63a9d'
'index': 2, 'timestamp': '03/01/2018', 'data': 'amount:5', 'previousHash': '15426e32db30f4b26aa719ba5e573f372f41e27e4728eb9e9ab0bea8eae63a9d', 'hash': '75119e897f21c769acee6e32abcefc5e88e250a1f35cc95946379436050ac2f0'
before tamper block,blockchain is valid ###
True
after tamper block,blockchain is valid ###
False
1.4 区块链的核心-工作量证明算法
上面学长介绍了区块链的基本结构,我在之前的基础上来简单实现一下工作量证明算法(proof of work),在介绍pow之前先思考一下为什么要工作量证明算法,或者再往前想一步为什么比特币如何解决信任的问题?
1.4.1 拜占庭将军问题
比特币出现之前就有了拜占庭将军问题,主要思想是,如何在分布式系统环境里去相信其他人发给你的信息？
一组拜占庭将军分别各率领一支军队共同围困一座城市。为了简化问题，将各支军队的行动策略限定为进攻或撤离两种。因为部分军队进攻部分军队撤离可能会造成灾难性后果，因此各位将军必须通过投票来达成一致策略，即所有军队一起进攻或所有军队一起撤离。因为各位将军分处城市不同方向，他们只能通过信使互相联系。在投票过程中每位将军都将自己投票给进攻还是撤退的信息通过信使分别通知其他所有将军，这样一来每位将军根据自己的投票和其他所有将军送来的信息就可以知道共同的投票结果而决定行动策略
系统的问题在于，将军中可能出现叛徒，他们不仅可能向较为糟糕的策略投票，还可能选择性地发送投票信息。假设有9位将军投票，其中1名叛徒。8名忠诚的将军中出现了4人投进攻，4人投撤离的情况。这时候叛徒可能故意给4名投进攻的将领送信表示投票进攻，而给4名投撤离的将领送信表示投撤离。这样一来在4名投进攻的将领看来，投票结果是5人投进攻，从而发起进攻；而在4名投撤离的将军看来则是5人投撤离。这样各支军队的一致协同就遭到了破坏。
1.4.2 解决办法
拜占庭将军问题主要问题是,中间人可以拦截消息,进行修改;上述的那些士兵可以理解成比特币中的一些节点,不是所有节点拿到消息后都是可以直接处理的,先去解决一个数学问题,就是工作量证明,只有拥有特定的计算能力解决了问题之后才能去修改或者校验(验证,打包,上链)。
上图就是简单的工作量证明算法流程,一串数字后面有个x,x之前的数可以理解成交易数据,然后需要找到一个x,让整个数的hash值的开头有n个0,如果hash是很均匀的话,那么生成的hash值每一位为0或者1都是等可能的,所以前n个都为0的概率就是2的n次方/2的hash值位数,上图给出了如果hash值是5个bit的情况下的所有可能
1.4.3 代码实现
from hashlib import sha256
import time
class Block:
def __init__(self,index,timestamp,data,previousHash=""):
self.index = index
self.timestamp = timestamp
self.data = data
self.previousHash = previousHash
self.nonce = 0 //代表当前计算了多少次hash计算
self.hash = self.calculateHash()
def calculateHash(self):
plainData = str(self.index)+str(self.timestamp)+str(self.data)+str(self.nonce)
return sha256(plainData.encode('utf-8')).hexdigest()
#挖矿 difficulty代表复杂度 表示前difficulty位都为0才算成功
def minerBlock(self,difficulty):
while(self.hash[0:difficulty]!=str(0).zfill(difficulty)):
self.nonce+=1
self.hash = self.calculateHash()
def __str__(self):
return str(self.__dict__)
class BlockChain:
def __init__(self):
self.chain = [self.createGenesisBlock()]
self.difficulty = 5
def createGenesisBlock(self):
return Block(0,"01/01/2018","genesis block")
def getLatestBlock(self):
return self.chain[len(self.chain)-1]
#添加区块前需要 做一道计算题😶,坐完后才能把区块加入到链上
def addBlock(self,newBlock):
newBlock.previousHash = self.getLatestBlock().hash
newBlock.minerBlock(self.difficulty)
self.chain.append(newBlock)
def __str__(self):
return str(self.__dict__)
def chainIsValid(self):
for index in range(1,len(self.chain)):
currentBlock = self.chain[index]
previousBlock = self.chain[index-1]
if (currentBlock.hash != currentBlock.calculateHash()):
return False
if previousBlock.hash != currentBlock.previousHash:
return False
return True
myCoin = BlockChain()
# 下面打印了每个区块挖掘需要的时间 比特币通过一定的机制控制在10分钟出一个块
# 其实就是根据当前网络算力 调整我们上面difficulty值的大小,如果你在
# 本地把上面代码difficulty的值调很大你可以看到很久都不会出计算结果
startMinerFirstBlockTime = time.time()
print("start to miner first block time :"+str(startMinerFirstBlockTime))
myCoin.addBlock(Block(1,"02/01/2018","amount:4"))
print("miner first block time completed" + ",used " +str(time.time()-startMinerFirstBlockTime) +"s")
startMinerSecondBlockTime = time.time()
print("start to miner first block time :"+str(startMinerSecondBlockTime))
myCoin.addBlock(Block(2,"03/01/2018","amount:5"))
print("miner second block time completed" + ",used " +str(time.time()-startMinerSecondBlockTime) +"s\\n")
#print block info
print("print block info ####:\\n")
for block in myCoin.chain:
print("\\n")
print(block)
#check blockchain is valid
print("before tamper block,blockchain is valid ###")
print(myCoin.chainIsValid())
#tamper the blockinfo
myCoin.chain[1].data = "amount:1002"
print("after tamper block,blockchain is valid ###")
print(myCoin.chainIsValid())
输出
2 快速实现一个区块链
2.1 什么是区块链
区块链是一个不可变得，有序的被称之为块的记录链，它们可以包含交易、文件或者任何你喜欢的数据，但最重要的是，它们用hash连接在一起。
2.2 一个完整的快包含什么
一个索引，一个时间戳，一个事物列表，一个校验， 一个前快的散链表
2.3 什么是挖矿
挖矿其实非常简单就做了以下三件事：
1、计算工作量证明poW
2、通过新增一个交易赋予矿工（自已）一个币
3、构造新区块并将其添加到链中
2.4 工作量证明算法：
使用该算法来证明是如何在区块上创建和挖掘新的区块，pow的目标是计算出一个符合特定条件的数字，这个数字对于所有人而言必须在计算上非常困难，但易于验证，这就是工作证明背后的核心思想计算难度与目标字符串需要满足的特定字符串成正比。
2.5 实现代码
import hashlib
import json
import requests
from textwrap import dedent
from time import time
from uuid import uuid4
from urllib.parse import urlparse
from flask import Flask, jsonify, request
class Blockchain(object):
def __init__(self):
...
self.nodes = set()
# 用 set 来储存节点，避免重复添加节点.
...
self.chain = []
self.current_transactions = []
#创建创世区块
self.new_block(previous_hash=1,proof=100)
def reister_node(self,address):
"""
在节点列表中添加一个新节点
:param address:
:return:
"""
prsed_url = urlparse(address)
self.nodes.add(prsed_url.netloc)
def valid_chain(self,chain):
"""
确定一个给定的区块链是否有效
:param chain:
:return:
"""
last_block = chain[0]
current_index = 1
while current_index<len(chain):
block = chain[current_index]
print(f'last_block')
print(f'block')
print("\\n______\\n")
# 检查block的散列是否正确
if block['previous_hash'] != self.hash(last_block):
return False
# 检查工作证明是否正确
if not self.valid_proof(last_block['proof'], block['proof']):
return False
last_block = block
current_index += 1
return True
def ressolve_conflicts(self):
"""
共识算法
:return:
"""
neighbours = self.nodes
new_chain = None
# 寻找最长链条
max_length = len(self.chain)
# 获取并验证网络中的所有节点的链
for node in neighbours:
response = requests.get(f'http://node/chain')
if response.status_code == 200:
length = response.json()['length']
chain = response.json()['chain']
# 检查长度是否长，链是否有效
if length > max_length and self.valid_chain(chain):
max_length = length
new_chain = chain
# 如果发现一个新的有效链比当前的长，就替换当前的链
if new_chain:
self.chain = new_chain
return True
return False
def new_block(self,proof,previous_hash=None):
"""
创建一个新的块并将其添加到链中
:param proof: 由工作证明算法生成证明
:param previous_hash: 前一个区块的hash值
:return: 新区块
"""
block =
'index':len(self.chain)+1,
'timestamp':time(),
'transactions':self.current_transactions,
'proof':proof,
'previous_hash':previous_hash or self.hash(self.chain[-1]),
# 重置当前交易记录
self.current_transactions = []
self.chain.append(block)
return block
def new_transaction(self,sender,recipient,amount):
# 将新事务添加到事务列表中
"""
Creates a new transaction to go into the next mined Block
:param sender:发送方的地址
:param recipient:收信人地址
:param amount:数量
:return:保存该事务的块的索引
"""
self.current_transactions.append(
'sender':sender,
'recipient':recipient,
'amount':amount,
)
return self.last_block['index'] + 1
@staticmethod
def hash(block):
"""
给一个区块生成 SHA-256 值
:param block:
:return:
"""
# 必须确保这个字典（区块）是经过排序的，否则将会得到不一致的散列
block_string = json.dumps(block,sort_keys=True).encode()
return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()
@property
def last_block(self):
# 返回链中的最后一个块
return self.chain[-1]
def proof_of_work(self,last_proof):
# 工作算法的简单证明
proof = 0
while self.valid_proof(last_proof,proof)is False:
proof +=1
return proof
@staticmethod
def valid_proof(last_proof,proof):
# 验证证明
guess = f'last_proofproof'.encode()
guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest()
return guess_hash[:4] =="0000"
# 实例化节点
app = Flask(__name__)
# 为该节点生成一个全局惟一的地址
node_identifier = str(uuid4()).replace('-','')
# 实例化Blockchain类
blockchain = Blockchain()
# 进行挖矿请求
@app.route('/mine',methods=['GET'])
def mine():
# 运行工作算法的证明来获得下一个证明。
last_block = blockchain.last_block
last_proof = last_block['proof']
proof = blockchain.proof_of_work(last_proof)
# 必须得到一份寻找证据的奖赏。
blockchain.new_transaction(
sender="0",
recipient=node_identifier,
amount=1,
)
# 通过将其添加到链中来构建新的块
previous_hash = blockchain.hash(last_block)
block = blockchain.new_block(proof,previous_hash)
response =
'message': "New Block Forged",
查看详情
python区块链教程(代码片段)
来源https://zhuanlan.zhihu.com/p/141458648l 此区块链教程将详细介绍区块链背后的理论。区块链是数字货币比特币的基本构建块，此教程将讨论比特币的复杂性，全面解释区块链架构，并建立我们自己的区块链。SatoshiNakamoto创建... 查看详情
区块链教程
https://www.tutorialspoint.com/python_blockchain/python_blockchain_developing_client.htm 查看详情
区块链系列教程
想了解相关区块链开发，技术提问，请加QQ群：538327407本人行业部分演讲百家争鸣：区块链大规模商用，三年内能否实现？（CCF论坛：厦门哈希科技CTO林滨） 一、hyperledgerfabric1、在ubuntu下搭建区块链（HyperledgerFabric)可在... 查看详情
区块链-python实现
importhashlibimportjsonfromtimeimporttimeclassBlockchain(object): def__init__(self): self.current_transactions=[] self.chain=[] &nbs 查看详情
擦擦博客的灰------开始毕设，区块链+社交之前期准备
一、开发工具Client端AndroidStudioServer端IntelliJIDEA数据库Navicat+MySql服务器阿里云Ubuntu+Xftp+Xshell+Tomcat8框架Springboot二、配置各种不同的环境参考总体的主干参考CSDNAndroid服务器搭建IDEA的安装和配置MySql的命令行安装Navicat的2059问题解决... 查看详情
学习用python实现简单区块链(代码片段)
Python实现区块链环境python3(本次用的3.8)、postman、requests、Flask，pip，pipenv等工具环境步骤先安装一个环境pipinstallpipenvpipenv使用创建环境pipenvinstall会生成一个pipfile文件，用于管理库的依赖在虚拟环境中安装依赖pipenvinst... 查看详情
区块链教程之bitcoin原理简介
...业模式满天飞，但基于区块链底层技术的研究却很少。本教程从零基础开始，从底层开始研究区块链，彻底掌握区块链密码学原理、安全机制、共识技术与工程实现。本专栏教程为技术教程，教程的所有内容只为技术爱好者以及... 查看详情
[转帖]深度解析区块链pow和pos的区别(代码片段)
深度解析区块链POW和POS的区别ProofofWork还有ProofofStake之前理解程了state...股权的意思还有delegatedproofofStake能够部分解决浪费电力的问题.来源http://blockchain.51cto.com/art/201904/595846.htm 简单而言，PoW和PoS是2种不同的对记账权利的分... 查看详情
区块链教程区块链信息安全3椭圆曲线加解密及签名算法的技术原理一
区块链教程区块链信息安全3椭圆曲线加解密及签名算法的技术原理一，2018年下半年，区块链行业正逐渐褪去发展之初的浮躁、回归理性，表面上看相关人才需求与身价似乎正在回落。但事实上，正是初期泡沫的渐退，让人们更... 查看详情
40多行python代码开发一个区块链。(代码片段)
40多行python代码开发一个区块链？可信吗？我们将通过Python2动手开发实现一个迷你区块链来帮你真正理解区块链技术的核心原理。python开发区块链的源代码保存在Github。尽管有人认为区块链目前还是不成熟的解决方案，但它无疑... 查看详情
最新区块链技术视频教程
...G最新区块链技术与以太坊开发框架入门到精通Solitidy视频教程、谈谈区块链（高清版）、谈谈课程相关文档、区块链研究报告、区块链相关书籍、从0到1全面学透区块链、BitcoinandCryptocurrencyTechnologies目录最新区块链技术与以太坊... 查看详情
区块链很难吗?40行python开发一个区块链
...个迷你的区块链来帮你真正理解区块链技术的核心原理。python源代码保存在Github。区块链区块链是一个公开的数字账本，它按时间顺序记录比特币或其他加密货币发生的交易。更一般的讲，区块链是一个公共数据库，新的数据将... 查看详情
自己动手实现区块链
...ithub项目右上方给我打个星，Star一下以示鼓励!简介本教程将带领大家从零开始开发一套可行的加密货币系统。开发的基本原则就是尽量的简单易懂。我们打造的这个项目 查看详情
华为od机试真题python实现区块链文件转储系统2023q1|100分
Python题库目录C++题库目录Java题库目录目录题目思路考点Code题目题目描述区块链底层存储是一个链式文件系统，由顺序的N个文件组成，每个文件的大小不一，依次为F 查看详情
区块链入门教程
区块链入门教程一，区块链介绍 1，区块链的最大特点 2，区块链的组成二，Hash加密算法 1， 什么是hash？ 2，Hash最后的推论三，以太坊 1，什么是以太坊 四，智能合约 1，什么是智能合约前言： ... 查看详情
区块链教程区块链背后的信息安全2des3des加密算法原理一(代码片段)
区块链教程区块链背后的信息安全2DES、3DES加密算法原理一，2018年下半年，区块链行业正逐渐褪去发展之初的浮躁、回归理性，表面上看相关人才需求与身价似乎正在回落。但事实上，正是初期泡沫的渐退，让人们更多的关注点... 查看详情
区块链发布一个纯python实现的eosiowaxsdk(代码片段)
回顾《【区块链】Python开发WAX链游脚本常用工具》在上一篇文章中，我们介绍了Python与EOS或WAX网络交互的两个第三方开源库【eospy】和【pyeoskit】。不过经过深度使用，我们发现这两个库或多或少有一些不足，均无法... 查看详情