블록체인의 기본 개념은 간단합니다. 주문된 많은 레코드가 포함된 계속 늘어나는 목록을 저장하는 분산 데이터베이스입니다. 다음 글은 파이썬 학습을 위한 블록체인 관련 정보를 주로 소개하고 있습니다. 글은 샘플 코드를 통해 자세히 소개하고 있으니, 필요한 친구들은 아래에서 살펴보시면 됩니다.
머리말
이 기사에서는 블록체인(BlockChain)에 대한 관련 지식과 Python을 사용한 간단한 구현에 대해 간략하게 소개합니다. 더 이상 고민하지 않고 자세한 소개를 살펴보겠습니다.
블록체인이란 무엇입니까
간단히 말하면, 블록체인은 암호화된 데이터(블록)를 시간순으로 중첩(체인)한 것입니다. 결과적으로 영구적이고 되돌릴 수 없게 수정된 기록입니다. . 구체적으로, 블록체인은 암호화 방식을 사용하여 생성된 일련의 데이터 블록으로 구성되며, 각 블록에는 제네시스 블록부터 시작하여 이전 블록의 해시 값이 포함되어 블록체인을 형성합니다. 각 블록은 이전 블록 이후에 시간순으로 생성되도록 보장됩니다. 그렇지 않으면 이전 블록의 해시 값을 알 수 없습니다. 이는 비트코인에서 중요한 개념입니다.
Features
블록체인은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:
분권화: 블록체인은 중앙 노드가 아닌 분산 노드에 의존합니다.
신뢰 시스템이 필요하지 않습니다. 블록체인은 암호화 알고리즘을 기반으로 하며 데이터는 네트워크의 다른 사용자에 의해 승인되어야 하므로 제3자 중개 구조나 신탁 기관의 보증이 필요하지 않습니다.
변경 불가능하고 암호화된 보안: 블록체인은 단방향 해시 알고리즘을 채택하고 새로 생성된 각 블록은 엄격하게 선형 순서로 진행됩니다. 시간의 비가역성은 블록체인의 데이터를 침입하고 변조하려는 시도로 이어질 것입니다. 정보의 행위를 쉽게 추적할 수 있어 다른 노드에서 거부할 수 있어 관련 불법 활동을 제한할 수 있습니다.
위의 특성으로 인해 블록체인은 은행, 증권 시장, 금융 등 다양한 분야에서 점점 더 많은 응용 프로그램을 가질 수 있습니다.
블록체인 작동 방식
블록체인은 일련의 암호화된 데이터 블록입니다. 이러한 블록은 메타데이터가 포함된 블록 헤더와 블록 본문을 구성하는 긴 트랜잭션 목록으로 구성됩니다. 비트코인의 블록 구조는 다음과 같습니다.
블록 헤더
블록 헤더에는 다음과 같이 블록체인 내 다른 블록과의 연결 정보, 타임스탬프, nonce 및 기타 정보가 포함됩니다.
블록 Identifier
블록에는 두 개의 식별자가 있습니다. 하나는 블록 헤더의 해시 값이고 다른 하나는 블록 높이입니다. 블록 헤더의 해시 값은 SHA256 알고리즘을 사용하여 블록 헤더를 두 번 해싱하여 얻은 숫자입니다. 블록 해시 값은 블록을 고유하고 명확하게 식별하며, 모든 노드는 단순히 블록 헤더를 해싱함으로써 블록 해시 값을 독립적으로 얻을 수 있습니다. 블록 높이는 블록체인에서 블록의 위치를 나타냅니다. 블록 높이는 고유 식별자가 아닙니다. 단일 블록은 항상 명확하고 고정된 블록 높이를 가지지만, 그 반대는 사실이 아니며 블록 높이가 항상 단일 블록을 식별하는 것은 아닙니다. 두 개 이상의 블록이 동일한 블록 높이를 가지며 블록체인에서 동일한 위치를 놓고 경쟁할 수 있습니다.
위의 기본 사항을 이해한 후 Python을 사용하여 간단한 블록체인을 구현해 보겠습니다.
블록체인의 Python 구현
1. 블록 구조 정의
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)위는 블록 구조이고, 여기에 구현된 것은 단순화된 버전입니다. 비트코인에는 블록과 정확한 대응 관계가 없습니다. 여기의 블록에는 고유 식별자, 상위 노드의 해시 값, nonce 값 및 블록의 콘텐츠 필드가 포함되어 있습니다. 블록의 해시값이 0000으로 시작하는 등 특정 조건을 충족해야 유효하다는 것을 알 수 있습니다. 다음으로 이 블록 구조를 초기화합니다.
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>
위 블록이 생성되었으나 해시 값이 유효하지 않습니다.
In [38]:
block.hash_is_valid(block.hash())
Out[38]:
False
nonce 값을 변경하여 새 해시 값을 얻습니다.
In[39]:
block.hash(1)
Out[39]:
'a6431938ba10270dfcfdf7a2371312446914fedadf79632c2c0adb3b463f4838'
해시가 업데이트되었지만 아직 유효한 해시가 아닙니다. 유효한 해시 값을 얻기 위해서는 지속적으로 nonce 값을 업데이트하는 과정, 즉 채굴 과정을 거치게 됩니다. 적절한 nonce 값을 얻으려면 아래 광산 기능을 추가하십시오.
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。
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