区块链POW证明代码实现demo

这里强调一下区块链的协议分层

• 应用层
• 合约层
• 激励机制
• 共识层
• 网络层
• 数据层

上 一篇主要实现了区块链的 数据层，数据层主要使用的技术就是对数据的校验，求hash。

这里介绍工作量证明POW， POW是属于共识机制的内容。

PoW机制中根据矿工的工作量来执行货币的分配和记账权的确定。算力竞争的胜者将获得相应区块记账权和比特币奖励。因此,矿机芯片的算力越高,挖矿的时间更长,就可以获得更多的数字货币。

优点：

算法简单，容易实现；节点间无需交换额外的信息即可达成共识；破坏系统需要投入极大的成本。

缺点：

浪费能源；区块的确认时间难以缩短；新的区块链必须找到一种不同的散列算法，否则就会面临比特币的算力攻击；容易产生分叉，需要等待多个确认；永远没有最终性，需要检查点机制来弥补最终性。

目前基于PoW共识机制的数字货币有很多，比特币、莱特币、狗狗币、达士币、门罗币等初期的数字货币大多都是PoW共识机制。

其他的共识机制还有

PoS（Proof of Stake）
DPOS（Delegated Proof-of-Stake）
DAG(Directed acyclic graph)
PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）
Pool验证池
dBFT（delegated BFT）
PoA（Proof-of-Authority）
RPCA（Ripple Protocol consensus algorithm）
Hcash——PoW+PoS共识机制

这些共识机制，后面有时间会补充上的，今天主要介绍POW

pow很简单，原理就是 利用计算力，在选择一个nonce的值结合区块的数据算出hash，使得hash的前面多少位都是0.

nonce是一个用来找到满足条件的hash值的数字，nonce值一直迭代，直到hash值有效为止。在我们案例中一个有效的hash值是最少有4个前导0。找到nonce值以满足合适条件的hash值的过程就叫做挖矿。

下面给出代码：

golang版

package main

import (
    "bytes"
    "crypto/sha256"
    "fmt"
    "math"
    "math/big"
)

// 前导0，难度
const targetBits  = 8

type ProofOfWork struct {
    block *Block
    targetBit *big.Int

}

func NewProofOfWork(block *Block) *ProofOfWork  {
    // 设置64位全1
    var IntTarget = big.NewInt(1)
    //00000000000000000000000000001
    //10000000000000000000000000000
    //00000000000100000000000000000
    //0000001
    // 右移 targetBits位
    IntTarget.Lsh(IntTarget, uint(256 - targetBits))

    return &ProofOfWork{block:block, targetBit:IntTarget}
}

func (pow *ProofOfWork)PrepareRawData(nonce int64)[]byte  {

    block := pow.block
    tmp := [][]byte{
        Int2Byte(block.Version),
        block.PrevBlockHash,
        Int2Byte(block.TimeStamp),
        block.MerkeRoot,
        Int2Byte(nonce),
        Int2Byte(targetBits),
        block.Data}

    data := bytes.Join(tmp, []byte{})
    return data
}

func (pow *ProofOfWork)Run() (int64, []byte) {

    var nonce int64
    var hash [32]byte
    var HashInt big.Int
    fmt.Printf("target hash:", pow.targetBit.Bytes())
    for nonce < math.MaxInt64 {
        data := pow.PrepareRawData(nonce)
        hash = sha256.Sum256(data)

        HashInt.SetBytes(hash[:])
        //fmt.Println(nonce)
        // 这里用于 判断算出的hash值（int）只要比最大的IntTarget小就是正确的。
        if HashInt.Cmp(pow.targetBit) == -1 {
            fmt.Printf("Found Hash: %x\n", hash)
            break
        } else {
            nonce++
        }

    }
    return nonce, hash[:]
}

// 对block的数据校验
func (pow *ProofOfWork)IsVaild() bool {
    data := pow.PrepareRawData(pow.block.Nonce)
    hash := sha256.Sum256(data)
    var IntHash big.Int
    IntHash.SetBytes(hash[:])
    return IntHash.Cmp(pow.targetBit) == -1

}

python版

function isValidHashDifficulty(hash, difficulty) {
  for (var i = 0, b = hash.length; i < b; i ++) {
      if (hash[i] !== '0') {
          break;
      }
  }
  return i >= difficulty;
}

import hashlib

"""
工作量证明
"""


class ProofofWork():
    """
    pow
    """

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

    def mine(self):
        """
        挖矿函数
        :return:
        """
        i = 0
        prefix = '0000'

        while True:
            nonce = str(i)
            message = hashlib.sha256()
            message.update(str(self.block.data).encode('utf-8'))
            message.update(nonce.encode("utf-8"))
            digest = message.hexdigest()
            if digest.startswith(prefix):
                return nonce, digest
            i += 1