服装网站html模板,个人网站有哪些板块,网站建设牜金手指花总十四,怎么把自己做的网站弄到域名上本文章利用 Python 实现一个简单的功能较为完善的区块链系统#xff08;包括区块链结构、账户、钱包、转账#xff09;#xff0c;采用的共识机制是 POW。
一、区块与区块链结构
Block.py
import hashlib
from datetime import datetimeclass Block:区…本文章利用 Python 实现一个简单的功能较为完善的区块链系统包括区块链结构、账户、钱包、转账采用的共识机制是 POW。
一、区块与区块链结构
Block.py
import hashlib
from datetime import datetimeclass Block:区块链结构prev_hash 父区块哈希值data 区块内容timestamp 区块创建时间hash 区块哈希值def __init__(self, data, prev_hash):# 将传入的父区块哈希值和数据保存到变量中self.prev_hash prev_hashself.data data# 获得当前的时间self.timestamp datetime.now().strftime(%Y-%m-%d %H:%M:%S)# 计算区块哈希值# 获取哈希对象message hashlib.sha256()# 先将数据内容转为字符串并进行编码再将它们哈希# 注意update() 方法现在只接受 bytes 类型的数据不接收 str 类型message.update(str(self.prev_hash).encode(utf-8))message.update(str(self.prev_hash).encode(utf-8))message.update(str(self.prev_hash).encode(utf-8))# update() 更新 hash 对象连续的调用该方法相当于连续的追加更新# 返回字符串类型的消息摘要self.hash message.hexdigest() BlockChain.py from Block import Blockclass BlockChain:区块链结构体blocks 包含区块的列表def __init__(self):self.blocks []def add_block(self, block):添加区块:param block::return:self.blocks.append(block)# 新建区块
genesis_block Block(data创世区块, prev_hash)
new_block1 Block(data张三转给李四一个比特币, prev_hashgenesis_block.hash)
new_block2 Block(data张三转给王五三个比特币, prev_hashgenesis_block.hash)# 新建一个区块链对象
blockChain BlockChain()
# 将刚才新建的区块加入区块链
blockChain.add_block(genesis_block)
blockChain.add_block(new_block1)
blockChain.add_block(new_block2)# 打印区块链信息
print(区块链包含区块个数为%d\n % len(blockChain.blocks))
blockHeight 0
for block in blockChain.blocks:print(f本区块高度为{blockHeight})print(f父区块哈希{block.prev_hash})print(f区块内容{block.data})print(f区块哈希{block.hash})print()blockHeight 1 测试结果 二、加入工作量证明POW
将工作量证明加入到 Block.py 中
import hashlib
from datetime import datetime
from time import timeclass Block:区块链结构prev_hash 父区块哈希值data 区块内容timestamp 区块创建时间hash 区块哈希值nonce 随机数def __init__(self, data, prev_hash):# 将传入的父区块哈希值和数据保存到变量中self.prev_hash prev_hashself.data data# 获得当前的时间self.timestamp datetime.now().strftime(%Y-%m-%d %H:%M:%S)# 设置随机数、哈希初始值为 Noneself.nonce Noneself.hash None# 类的 __repr__() 方法定义了实例化对象的输出信息def __repr__(self):return f区块内容{self.data}\n区块哈希值{self.hash}class ProofOfWork:工作量证明block 区块difficulty 难度值def __init__(self, block, difficult5):self.block block# 定义出块难度默认为 5表示有效哈希值以 5 个零开头self.difficulty difficultdef mine(self):挖矿函数:return:i 0prefix 0 * self.difficultywhile True:message hashlib.sha256()message.update(str(self.block.prev_hash).encode(utf-8))message.update(str(self.block.data).encode(utf-8))message.update(str(self.block.timestamp).encode(utf-8))message.update(str(i).encode(utf-8))# digest() 返回摘要作为二进制数据字符串值# hexdigest() 返回摘要作为十六进制数据字符串值digest message.hexdigest()# str.startswith(prefix) 检测字符串是否是以 prefix字符串开头返回布尔值if digest.startswith(prefix):# 幸运数字self.block.nonce i# 区块哈希值为十六进制数据字符串摘要self.block.hash digestreturn self.blocki 1def validate(self):验证有效性:return:message hashlib.sha256()message.update(str(self.block.prev_hash).encode(utf-8))message.update(str(self.block.data).encode(utf-8))message.update(str(self.block.timestamp).encode(utf-8))message.update(str(self.block.nonce).encode(utf-8))digest message.hexdigest()prefix 0 * self.difficultyreturn digest.startswith(prefix)# 测试
# 定义一个区块
b Block(data测试, prev_hash)# 定义一个工作量证明
w ProofOfWork(b)# 开始时间
start_time time()
# 挖矿并统计函数执行时间
print(开始挖矿)
valid_block w.mine()
# 结束时间
end_time time()
print(f挖矿花费时间{end_time - start_time}秒)# 验证区块
print(f区块哈希值是否符合规则{w.validate()})
print(f区块哈希值为{b.hash})测试结果 更新 BlockChain.py
from Block import Block, ProofOfWorkclass BlockChain:区块链结构体blocks 包含区块的列表def __init__(self):self.blocks []def add_block(self, block):添加区块:param block::return:self.blocks.append(block)# 新建一个区块链对象
blockChain BlockChain()# 新建区块
block1 Block(data创世区块, prev_hash)
w1 ProofOfWork(block1)
genesis_block w1.mine()
blockChain.add_block(genesis_block)block2 Block(data张三转给李四一个比特币, prev_hashgenesis_block.hash)
w2 ProofOfWork(block2)
block w2.mine()
blockChain.add_block(block)block3 Block(data张三转给王五三个比特币, prev_hashblock.hash)
w3 ProofOfWork(block3)
block w3.mine()
blockChain.add_block(block)# 打印区块链信息
print(区块链包含区块个数为%d\n % len(blockChain.blocks))
blockHeight 0
for block in blockChain.blocks:print(f本区块高度为{blockHeight})print(f父区块哈希{block.prev_hash})print(f区块内容{block.data})print(f区块哈希{block.hash})print()blockHeight 1 测试结果 三、实现钱包、账户、交易功能 实现钱包、账户、交易功能要先安装非对称加密算法库 ecdsa。如果网速慢引用下面这个网站 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple 添加钱包、账户功能 Wallet.py
import base64
import binascii
from hashlib import sha256
# 导入椭圆曲线算法
from ecdsa import SigningKey, SECP256k1, VerifyingKeyclass Wallet:钱包def __init__(self):钱包初始化时基于椭圆曲线生成一个唯一的秘钥对代表区块链上一个唯一的账户# 生成私钥self._private_key SigningKey.generate(curveSECP256k1)# 基于私钥生成公钥self._public_key self._private_key.get_verifying_key()propertydef address(self):这里通过公钥生成地址h sha256(self._public_key.to_pem())# 地址先由公钥进行哈希算法再进行 Base64 计算而成return base64.b64encode(h.digest())propertydef pubkey(self):返回公钥字符串return self._public_key.to_pem()def sign(self, message):生成数字签名h sha256(message.encode(utf8))# 利用私钥生成签名# 签名生成的是一串二进制字符串为了便于查看这里转换为 ASCII 字符串进行输出return binascii.hexlify(self._private_key.sign(h.digest()))def verify_sign(pubkey, message, signature):验证签名verifier VerifyingKey.from_pem(pubkey)h sha256(message.encode(utf8))return verifier.verify(binascii.unhexlify(signature), h.digest())实现转账功能 Transaction.py
import jsonclass Transaction:交易的结构def __init__(self, sender, recipient, amount):初始化交易设置交易的发送方、接收方和交易数量# 交易发送者的公钥self.pubkey None# 交易的数字签名self.signature Noneif isinstance(sender, bytes):sender sender.decode(utf-8)self.sender sender # 发送方if isinstance(recipient, bytes):recipient recipient.decode(utf-8)self.recipient recipient # 接收方self.amount amount # 交易数量def set_sign(self, signature, pubkey):为了便于验证这个交易的可靠性需要发送方输入他的公钥和签名self.signature signature # 签名self.pubkey pubkey # 发送方公钥def __repr__(self):交易大致可分为两种一是挖矿所得而是转账交易挖矿所得无发送方以此进行区分显示不同内容if self.sender:s f从{self.sender}转自{self.recipient}{self.amount}个加密货币elif self.recipient:s f{self.recipient}挖矿所得{self.amount}个加密货币else:s errorreturn sclass TransactionEncoder(json.JSONEncoder):定义Json的编码类用来序列化Transactiondef default(self, obj):if isinstance(obj, Transaction):return obj.__dict__else:return json.JSONEncoder.default(self, obj)# return super(TransactionEncoder, self).default(obj)更新 Block.py
import hashlib
import json
from datetime import datetime
from Transaction import Transaction, TransactionEncoderclass Block:区块结构prev_hash: 父区块哈希值transactions: 交易对timestamp: 区块创建时间hash: 区块哈希值Nonce: 随机数def __init__(self, transactions, prev_hash):# 将传入的父哈希值和数据保存到类变量中self.prev_hash prev_hash# 交易列表self.transactions transactions# 获取当前时间self.timestamp datetime.now().strftime(%Y-%m-%d %H:%M:%S)# 设置Nonce和哈希的初始值为Noneself.nonce Noneself.hash None# 类的 __repr__() 方法定义了实例化对象的输出信息def __repr__(self):return f区块内容{self.transactions}\n区块哈希值{self.hash}class ProofOfWork:工作量证明block 区块difficulty 难度值def __init__(self, block, miner, difficult5):self.block blockself.miner miner# 定义工作量难度默认为5表示有效的哈希值以5个“0”开头self.difficulty difficult# 添加挖矿奖励self.reward_amount 1def mine(self):挖矿函数i 0prefix 0 * self.difficulty# 设置挖矿自动生成交易信息添加挖矿奖励t Transaction(sender,recipientself.miner.address,amountself.reward_amount,)sig self.miner.sign(json.dumps(t, clsTransactionEncoder))t.set_sign(sig, self.miner.pubkey)self.block.transactions.append(t)while True:message hashlib.sha256()message.update(str(self.block.prev_hash).encode(utf-8))# 更新区块中的交易数据# message.update(str(self.block.data).encode(utf-8))message.update(str(self.block.transactions).encode(utf-8))message.update(str(self.block.timestamp).encode(utf-8))message.update(str(i).encode(utf-8))digest message.hexdigest()if digest.startswith(prefix):self.block.nonce iself.block.hash digestreturn self.blocki 1def validate(self):验证有效性message hashlib.sha256()message.update(str(self.block.prev_hash).encode(utf-8))# 更新区块中的交易数据# message.update(str(self.block.data).encode(utf-8))message.update(json.dumps(self.block.transactions).encode(utf-8))message.update(str(self.block.timestamp).encode(utf-8))message.update(str(self.block.nonce).encode(utf-8))digest message.hexdigest()prefix 0 * self.difficultyreturn digest.startswith(prefix)更新 BlockChain.py
from Block import Block, ProofOfWork
from Transaction import Transaction
from Wallet import Wallet, verify_signclass BlockChain:区块链结构体blocks: 包含的区块列表def __init__(self):self.blocks []def add_block(self, block):添加区块self.blocks.append(block)def print_list(self):print(f区块链包含个数为{len(self.blocks)})for block in self.blocks:height 0print(f区块链高度为{height})print(f父区块为{block.prev_hash})print(f区块内容为{block.transactions})print(f区块哈希值为{block.hash})height 1print()为了方便我们对区块链进行操作我们可以在 BlockChain.py 中补充一些方法
# 传入用户和区块链返回用户的“余额”
def get_balance(user, blockchain):balance 0for block in blockchain.blocks:for t in block.transactions:if t.sender user.address.decode():balance - t.amountelif t.recipient user.address.decode():balance t.amountreturn balance# user生成创世区块新建区块链并添加到区块链中
def generate_genesis_block(user):blockchain BlockChain()new_block Block(transactions[], prev_hash)w ProofOfWork(new_block, user)genesis_block w.mine()blockchain.add_block(genesis_block)# 返回创世区块return blockchain# 用户之间进行交易并记入交易列表
def add_transaction(sender, recipient, amount):# 新建交易new_transaction Transaction(sendersender.address,recipientrecipient.address,amountamount)# 生成数字签名sig sender.sign(str(new_transaction))# 传入付款方的公钥和签名new_transaction.set_sign(sig, sender.pubkey)return new_transaction# 验证交易若验证成功则加入交易列表
def verify_new_transaction(new_transaction, transactions):if verify_sign(new_transaction.pubkey,str(new_transaction),new_transaction.signature):# 验证交易签名没问题加入交易列表print(交易验证成功)transactions.append(new_transaction)else:print(交易验证失败)# 矿工将全部验证成功的交易列表打包出块
def generate_block(miner, transactions, blockchain):new_block Block(transactionstransactions,prev_hashblockchain.blocks[len(blockchain.blocks) - 1].hash)print(生成新的区块...)# 挖矿w ProofOfWork(new_block, miner)block w.mine()print(将新区块添加到区块链中)blockchain.add_block(block)
进行测试
# 新建交易列表
transactions []# 创建 3 个用户
alice Wallet()
tom Wallet()
bob Wallet()print(alice创建创世区块...)
blockchain generate_genesis_block(alice)
print()print(falice 的余额为{get_balance(alice, blockchain)}个比特币)
print(ftom 的余额为{get_balance(tom, blockchain)}个比特币)
print(fbob 的余额为{get_balance(bob, blockchain)}个比特币)
print()# 打印区块链信息
blockchain.print_list()print(新增交易alice 转账 0.5 比特币给 tom)
nt add_transaction(alice, tom, 0.5)
print()
verify_new_transaction(nt, transactions)
print(f矿工 bob 将全部验证成功的交易列表打包出块...)
generate_block(bob, transactions, blockchain)
print(添加完成\n)# 打印区块链信息
blockchain.print_list()
测试结果
