上篇文章小编已经给大家分享了区块链介绍以及区块链的工作原理等情况，本篇文章扣丁学堂区块链培训小编再给大家分享一下关于区块链(BlockChain)的相关知识，并用Python做一简单实现，下面话不多说，来一起看看详细的绍：
一、定义区块结构
In [16]:
# block.py
import hashlib
import uuid
class Block(object):
def __init__(self, data=None, previous_hash=None):
self.identifier = uuid.uuid4().hex # 产生唯一标示
self.nonce = None # nonce值
self.data = data # 区块内容
self.previous_hash = previous_hash # 父节点哈希值
def hash(self, nonce=None):
'''
计算区块的哈希值
'''
message = hashlib.sha256()
message.update(self.identifier.encode('utf-8'))
message.update(str(nonce).encode('utf-8'))
message.update(str(self.data).encode('utf-8'))
message.update(str(self.previous_hash).encode('utf-8'))
return message.hexdigest()
def hash_is_valid(self, the_hash):
'''
校验区块哈希值有否有效
'''
return the_hash.startswith('0000')
def __repr__(self):
return 'Block<Hash: {}, Nonce: {}>'.format(self.hash(), self.nonce)
以上就是一个区块结构，这里实现的是一个简化版，没有完全对应比特币中的区块。这里的区块包含一个唯一标识符、父节点的哈希值、nonce值和该区块的内容字段。可以看到一个区块的哈希值必须满足一定的条件才是有效的，比如以0000开始。下面对这个区块结构进行初始化。
In [37]:
# 创建一个内容为hello world的内容块
block = Block('Hello World')
block
Out[37]:
Block<Hash: 238a65a101c8829d7fc406eb78a71cfc19ad702b437e2c1be8d9061ddb81e900, Nonce: None>
以上一个区块虽然创建完成，但其哈希值不是有效的。
In [38]:
block.hash_is_valid(block.hash())
Out[38]:
False
改变nonce的值就可以得到一个新的哈希值。
In [39]:
block.hash(1)
Out[39]:
'a6431938ba10270dfcfdf7a2371312446914fedadf79632c2c0adb3b463f4838'
哈希值更新了，但还不是有效的哈希值。为了得到有效哈希值，是一个不断更新nonce值的过程，或者说一个挖矿（mine）过程。下面添加一个mine函数用来得到一个合适的nonce值。
In [78]:
# block.py
import hashlib
import uuid
class Block(object):
def __init__(self, data=None, previous_hash=None):
self.identifier = uuid.uuid4().hex # 产生唯一标示
self.nonce = None # nonce值
self.data = data # 区块内容
self.previous_hash = previous_hash # 父节点哈希值
def hash(self, nonce=None):
'''
计算区块的哈希值
'''
message = hashlib.sha256()
message.update(self.identifier.encode('utf-8'))
message.update(str(nonce).encode('utf-8'))
message.update(str(self.data).encode('utf-8'))
message.update(str(self.previous_hash).encode('utf-8'))
return message.hexdigest()
def hash_is_valid(self, the_hash):
'''
校验区块哈希值有否有效
'''
return the_hash.startswith('0000')
def __repr__(self):
return 'Block<Hash: {}, Nonce: {}>'.format(self.hash(self.nonce), self.nonce)
'''
新增挖矿函数
'''
def mine(self):
# 初始化nonce为0
cur_nonce = self.nonce or 0
# 循环直到生成一个有效的哈希值
while True:
the_hash = self.hash(nonce=cur_nonce)
if self.hash_is_valid(the_hash): # 如果生成的哈希值有效
self.nonce = cur_nonce # 保持当前nonce值
break # 并退出
else:
cur_nonce += 1 # 若当前哈希值无效，更新nonce值，进行加1操作
In [75]:
block = Block('Hello World')
# 挖矿，循环直至找到合适的nonce
block.mine()
# 打印
block
Out[75]:
Block<Hash: 000087359d5264153d624556f0a0c6f25cba06e453975c1c02587862e823911b, Nonce: 64751>
至此，第一个有效的区块生成完成，下面开始定义区块链。
二、定义区块链结构
In [81]:
class BlockChain(object):
def __init__(self):
self.head = None # 指向最新的一个区块
self.blocks = {} # 包含所有区块的一个字典
'''
添加区块函数
'''
def add_block(self, new_block):
previous_hash = self.head.hash() if self.head else None
new_block.previous_hash = previous_hash
self.blocks[new_block.identifier] = {
'block': new_block,
'previous_hash': previous_hash,
'previous': self.head,
}
self.head = new_block
def __repr__(self):
num_existing_blocks = len(self.blocks)
return 'Blockchain<{} Blocks, Head: {}>'.format(
num_existing_blocks,
self.head.identifier if self.head else None
)
定义好区块链结构后，下面就开始初始化一条区块链。
In [82]:
# 初始化
chain = BlockChain()
# 打印
chain
Out[82]:
Blockchain<0 Blocks, Head: None>
In [83]:
# 添加区块
chain.add_block(block)
# 打印
chain
Out[83]:
Blockchain<1 Blocks, Head: 364c0cf963384ca28a2763499a140405>
In [84]:
# 添加更多的区块
for i in range(6):
new_block = Block(i)
new_block.mine()
chain.add_block(new_block)
# 打印
chain
Out[84]:
Blockchain<7 Blocks, Head: e7cb24ec7acd42a4aaebe7faee9e0713>
以上就是一个简单区块链，后面还会涉及到区块链的有效性。当区块链中一个区块被改变后，这个区块的哈希就会改变，从而影响到这块区块之后的区块，致使这个区块链不再有效。这些将在后续继续深入。
以上就是一个区块结构，这里实现的是一个简化版，没有完全对应比特币中的区块。这里的区块包含一个唯一标识符、父节点的哈希值、nonce值和该区块的内容字段。可以看到一个区块的哈希值必须满足一定的条件才是有效的，比如以0000开始。下面对这个区块结构进行初始化。
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