Einführung in die Python-Grundlagen – Blockchain

Das Grundkonzept der Blockchain ist einfach: eine verteilte Datenbank, die eine wachsende Liste speichert, die viele geordnete Datensätze enthält. Der folgende Artikel stellt Ihnen hauptsächlich die relevanten Informationen zur Blockchain zum Erlernen von Python vor. Freunde, die sie benötigen, können sich den folgenden Artikel im Detail ansehen.

Vorwort

Dieser Artikel gibt Ihnen eine kurze Einführung in das relevante Wissen über Blockchain (BlockChain) und verwendet Python, um es einfach zu machen Durchführung. Werfen wir ohne weiteres einen Blick auf die ausführliche Einführung:

Was ist Blockchain?

Kurz gesagt, Blockchain ist dauerhaft und irreversibel geänderter Datensatz, der durch Überlagerung (Verkettung) verschlüsselter Daten (Blöcke) in chronologischer Reihenfolge erzeugt wird. Konkret besteht die Blockchain aus einer Reihe von Datenblöcken, die mithilfe kryptografischer Methoden generiert werden. Jeder Block enthält den Hashwert des vorherigen Blocks, beginnend mit dem aktuellen Block, um eine Blockkette zu bilden. Es wird garantiert, dass jeder Block in chronologischer Reihenfolge nach dem vorherigen Block generiert wird, andernfalls ist der Hashwert des vorherigen Blocks unbekannt. Es ist ein wichtiges Konzept in Bitcoin.

Funktionen

Blockchain hat die folgenden Funktionen:

• Dezentralisierung : Die Blockchain basiert nicht auf einem zentralen Knoten, sondern auf verteilten Knoten.

• Kein Vertrauenssystem erforderlich: Die Blockchain basiert auf kryptografischen Algorithmen und Daten müssen von anderen Benutzern im Netzwerk genehmigt werden, sodass keine Zwischenstruktur eines Drittanbieters erforderlich ist oder Bestätigung durch eine Treuhandorganisation.

• Uneinnehmbare und verschlüsselte Sicherheit: Die Blockchain verwendet einen Einweg-Hash-Algorithmus und jeder neu generierte Block wird streng in linearer Reihenfolge entsprechend der Zeit vorangetrieben. Die Irreversibilität der Zeit bewirkt, dass alle Versuche ausgeführt werden Das Eindringen und Manipulieren von Dateninformationen in der Blockchain kann leicht zurückverfolgt werden, was zur Ablehnung durch andere Knoten führt, was die damit verbundenen illegalen Aktivitäten einschränken kann.
  

Die oben genannten Eigenschaften führen dazu, dass Blockchain in vielen Bereichen wie Banken, Wertpapiermärkten und Finanzen immer mehr Anwendung findet.

Wie Blockchain funktioniert

Blockchain ist eine Reihe verschlüsselter Datenblöcke. Diese Blöcke bestehen aus einem Blockheader mit Metadaten, gefolgt von einer langen Liste von Transaktionen, die den Hauptteil des Blocks bilden. Die Blockstruktur in Bitcoin ist wie folgt:

Blockheader

Der Blockheader enthält Informationen zu anderen Bereichen in der Blockchain Die Verbindungsinformationen, der Zeitstempel, die Nonce und andere Informationen im Block lauten wie folgt:

Blockkennung

Der Block hat zwei Bezeichner, einer ist der Hash-Wert des Blockheaders und der andere ist die Blockhöhe. Der Hash-Wert des Block-Headers ist eine Zahl, die durch die Durchführung einer sekundären Hash-Berechnung für den Block-Header mithilfe des SHA256-Algorithmus ermittelt wird. Der Block-Hash-Wert identifiziert einen Block eindeutig und eindeutig, und jeder Knoten kann den Block-Hash-Wert unabhängig erhalten, indem er einfach den Block-Header hasht. Die Blockhöhe bezieht sich auf die Position des Blocks in der Blockchain. Die Blockhöhe ist keine eindeutige Kennung. Während ein einzelner Block immer eine eindeutige, feste Blockhöhe hat, ist das Gegenteil nicht der Fall und eine Blockhöhe identifiziert nicht immer einen einzelnen Block. Zwei oder mehr Blöcke können die gleiche Blockhöhe haben und um die gleiche Position in der Blockchain konkurrieren.

Nachdem wir die oben genannten Grundlagen verstanden haben, beginnen wir mit der Verwendung von Python, um eine einfache Blockchain zu implementieren.

Python-Implementierung der Blockchain

1. Definieren Sie die Blockstruktur

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 &#39;Block<Hash: {}, Nonce: {}>&#39;.format(self.hash(), self.nonce)

Das Obige ist eine Blockstruktur. Was hier implementiert ist, ist eine vereinfachte Version, die nicht vollständig den Blöcken in Bitcoin entspricht. Der Block enthält hier eine eindeutige Kennung, den Hash-Wert des übergeordneten Knotens, den Nonce-Wert und das Inhaltsfeld des Blocks. Sie sehen, dass der Hashwert eines Blocks bestimmte Bedingungen erfüllen muss, um gültig zu sein, z. B. mit 0000 beginnen. Als nächstes initialisieren Sie diese Blockstruktur.

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>

Obwohl der obige Block erstellt wurde, ist sein Hashwert ungültig.

In [38]:

block.hash_is_valid(block.hash())

Out[38]:

False

Ändern Sie den Wert der Nonce, um einen neuen Hash-Wert zu erhalten.

In [39]:

block.hash(1)

Out[39]:

'a6431938ba10270dfcfdf7a2371312446914fedadf79632c2c0adb3b463f4838'

Der Hashwert wurde aktualisiert, es handelt sich jedoch noch nicht um einen gültigen Hashwert. Um einen gültigen Hash-Wert zu erhalten, handelt es sich um einen Prozess, bei dem der Nonce-Wert ständig aktualisiert wird, oder um einen Mining-Prozess. Fügen Sie unten eine Mine-Funktion hinzu, um einen geeigneten Nonce-Wert zu erhalten.

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 &#39;Block<Hash: {}, Nonce: {}>&#39;.format(self.hash(self.nonce), self.nonce)
 
 
 &#39;&#39;&#39;
  新增挖矿函数
 &#39;&#39;&#39;
 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 &#39;Blockchain<{} Blocks, Head: {}>&#39;.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。

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonEinführung in die Python-Grundlagen – Blockchain. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!