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记录自己假期所学相关内容 文章中的内容#xff0c;开源代码地址见文末。 文章目录 Python实现简单的区块链1、分模块实现简单的单节点区块链1.1 Transaction类1.2 DaDaMessage类1.3 Block类1.4 Dada_BlockCoin类1.5 主函数BlockChainApp类1.6 主函数…Python实现简单的区块链
记录自己假期所学相关内容 文章中的内容开源代码地址见文末。 文章目录 Python实现简单的区块链1、分模块实现简单的单节点区块链1.1 Transaction类1.2 DaDaMessage类1.3 Block类1.4 Dada_BlockCoin类1.5 主函数BlockChainApp类1.6 主函数类中实现了可视化界面以下为演示效果 2、网络共识区块链编程实现2.1 DaDaCoinBlockChain类2.2 flask框架部分2.3 初始化三个节点分别模拟网络中的三个矿工2.4 效果演示 3、其他 1、分模块实现简单的单节点区块链
1.1 Transaction类
class Transaction:def __init__(self,payer, # 付款方r ecer, # 收款方money): # 数字货币的数额self.payer payerself.recer recerself.money moneyself.timestamp datetime.datetime.now() # 交易时间def __repr__(self):return str(self.payer) pays str(self.recer) \ str(self.money) str(self.timestamp)1.2 DaDaMessage类
class DaDaMessage: # 交易记录类def __init__(self, data):self.hash None # 自身的哈希self.prev_hash None # 上一个信息记录的哈希self.timestamp datetime.datetime.now() # 交易时间self.data data # 交易信息self.payload_hash self._hash_payload() # 交易后的哈希def _hash_payload(self): # 对于交易时间与交易数据进行哈希计算return hashlib.sha256((str(self.timestamp) str(self.data)).encode()).hexdigest()def _hash_message(self): # 对于交易进行锁定return hashlib.sha256((str(self.prev_hash) str(self.payload_hash)).encode()).hexdigest()def seal(self): # 密封self.hash self._hash_message() # 对应数据锁定对于交易前的链锁定def validate(self): # 验证if self.payload_hash ! self._hash_payload(): # 判断是否有人修改raise InvalidMessage(交易数据与时间被修改 str(self))if self.hash ! self._hash_message(): # 判断消息链raise InvalidMessage(交易的哈希链接被修改 str(self))return 数据正常 str(self)def __repr__(self): # 返回对象的基本信息mystr hash:{}, prev_hash:{}, data:{}.format(self.hash, self.prev_hash, self.data)return mystrdef link(self, Message):self.prev_hash Message.hash # 链接1.3 Block类
class Block:def __init__(self, *args): # 初始化self.messageList [] # 存储多个交易记录存放区块self.timestamp None # 存储多个记录最终锁定的时间self.hash None # 当前的哈希散列self.prev_hash None # 上一块的哈希散列if args:for arg in args:self.add_message(arg)# self.messagelist.append(arg)def add_message(self, message): # 增加交易信息# 区分第一条与后面多条是否需要链接if len(self.messageList) 0:message.link(self.messageList[-1]) # 链接message.seal() # 密封message.validate() # 校验self.messageList.append(message) # 追加记录def link(self, block): # 区块链链接self.prev_hash block.hashdef seal(self): # 密封self.timestamp datetime.datetime.now() # 密封确定当前时间self.hash self._hash_block() # 密封当前的哈希值def _hash_block(self): # 密封 上一块哈希时间线交易记录的最后一个if len(self.messageList) 0:return hashlib.md5((str(self.prev_hash) str(self.timestamp) str(self.messageList[-1].hash)).encode(utf-8)).hexdigest()# else:# return hashlib.sha256((str(self.prev_hash) # str(self.timestamp) # str(0)).encode(utf-8)).hexdigest()def validate(self): # 校验for i, message in enumerate(self.messageList): # 校验每一个交易记录message.validate() # 校验每一条if i 0 and message.prev_hash ! self.messageList[i - 1].hash:raise InvalidBlock(无效block交易记录被修改为在第{}条记录.format(i) str(self))# print(无效block交易记录被修改为在第{}条记录.format(i))# return str(self) 数据NOreturn str(self) 数据OKdef __repr__(self): # 类的对象描述# return money block hash : {}, pre_hash : {}, len : {}, time : {}.\# format(self.hash, self.prev_hash, len(self.messageList), self.timestamp)return money block \n hash : {} \n pre_hash : {} \n len : {} \n time : {}. \format(self.hash, self.prev_hash, len(self.messageList), self.timestamp)1.4 Dada_BlockCoin类
class Dada_BlockCoin: # 区块链def __init__(self): # 初始化self.blockList []def add_block(self, block): # 增加区块if (len(self.blockList) 0):block.prev_hash self.blockList[-1].hash # 区块链的哈希block.seal() # 密封block.validate() # 校验self.blockList.append(block) # 增加区块def validate(self): # 校验for i, block in enumerate(self.blockList):try:block.validate()except InvalidBlock as e:raise InvalidBlockCoin(区块校验错误区块索引{}.format(i))except InvalidMessage as e:print(e)def __repr__(self): # 字符串格式化return Dada_BlockCoin : {}.format(len(self.blockList)) # 获取长度1.5 主函数BlockChainApp类
class BlockChainApp:def __init__(self, root):self.root rootself.root.title(区块链可视化)self.blockchain Dada_BlockCoin()self.current_block_transactions []self.selected_block_index None# 添加滚动条self.canvas_frame tk.Frame(root)self.canvas_frame.pack(expandtk.YES, filltk.BOTH)self.scrollbar_x tk.Scrollbar(self.canvas_frame, orienttk.HORIZONTAL)self.scrollbar_x.pack(sidetk.BOTTOM, filltk.X)self.scrollbar_y tk.Scrollbar(self.canvas_frame)self.scrollbar_y.pack(sidetk.RIGHT, filltk.Y)# 区块链信息显示框self.canvas tk.Canvas(self.canvas_frame, width800, yscrollcommandself.scrollbar_y.set,xscrollcommandself.scrollbar_x.set)self.canvas.pack(sidetk.LEFT, expandtk.YES, filltk.BOTH)self.scrollbar_x.config(commandself.canvas.xview)self.scrollbar_y.config(commandself.canvas.yview)self.canvas.config(scrollregionself.canvas.bbox(tk.ALL))# 交易信息输入框self.payer_label tk.Label(root, text付款方:)self.payer_label.pack()self.payer_entry tk.Entry(root)self.payer_entry.pack()self.recer_label tk.Label(root, text收款方:)self.recer_label.pack()self.recer_entry tk.Entry(root)self.recer_entry.pack()self.money_label tk.Label(root, text金额:)self.money_label.pack()self.money_entry tk.Entry(root)self.money_entry.pack()# 添加交易按钮self.add_transaction_btn tk.Button(root, text添加交易, commandself.add_transaction)self.add_transaction_btn.pack()# 添加区块按钮self.add_block_btn tk.Button(root, text添加区块, commandself.add_block)self.add_block_btn.pack()# 模拟篡改按钮self.tamper_block_btn tk.Button(root, text模拟篡改数据, commandself.tamper_block)self.tamper_block_btn.pack()# 区块查询框self.query_frame tk.Frame(root)self.query_frame.pack()self.query_label tk.Label(self.query_frame, text查询区块索引:)self.query_label.pack(sidetk.LEFT)self.query_entry tk.Entry(self.query_frame)self.query_entry.pack(sidetk.LEFT)self.query_btn tk.Button(self.query_frame, text查询区块, commandself.query_block)self.query_btn.pack(sidetk.LEFT)# 交易信息显示框self.transaction_info_text tk.Text(root, wraptk.WORD, width60, height10)self.transaction_info_text.pack()def add_transaction(self):payer self.payer_entry.get()recer self.recer_entry.get()money self.money_entry.get()try:money int(money)except ValueError:messagebox.showerror(错误, 金额必须为整数)returnif payer and recer and money 0:transaction Transaction(payer, recer, money)self.current_block_transactions.append(DaDaMessage(transaction))self.update_blockchain_info()messagebox.showinfo(成功, 交易添加成功)else:messagebox.showerror(错误, 请输入有效的交易信息)def add_block(self):if self.current_block_transactions:block Block(*self.current_block_transactions)self.blockchain.add_block(block)self.current_block_transactions []self.update_blockchain_info()messagebox.showinfo(成功, 区块添加成功)else:messagebox.showerror(错误, 当前区块没有交易信息)def tamper_block(self):try:block_index int(input(请输入要篡改的区块索引))except ValueError:messagebox.showerror(错误, 请输入有效的区块索引)returnif 0 block_index len(self.blockchain.blockList):block self.blockchain.blockList[block_index]if len(block.messageList) 0:# 模拟篡改第一条交易信息block.messageList[0].data 篡改后的交易信息try:self.blockchain.validate()except InvalidBlockCoin as e:messagebox.showerror(篡改数据, 区块链数据已被篡改篡改发生在第{}个区块.format(e.args[0]))except InvalidMessage as e:messagebox.showerror(篡改数据, 区块链数据已被篡改篡改发生在第{}个区块的第{}条交易信息.format(e.args[0][0], e.args[0][1]))else:messagebox.showinfo(篡改数据, 区块链数据未被篡改)finally:self.update_blockchain_info()else:messagebox.showerror(错误, 区块中没有交易信息无法篡改)else:messagebox.showerror(错误, 区块索引超出范围)def query_block(self):try:block_index int(self.query_entry.get())except ValueError:messagebox.showerror(错误, 请输入有效的区块索引)returnif 0 block_index len(self.blockchain.blockList):block self.blockchain.blockList[block_index]transactions \n.join(str(msg.data) for msg in block.messageList)self.transaction_info_text.delete(1.0, tk.END)self.transaction_info_text.insert(tk.END, transactions)self.selected_block_index block_indexmessagebox.showinfo(成功, 查询成功)else:messagebox.showerror(错误, 区块索引超出范围)def update_blockchain_info(self):self.canvas.delete(all) # 清空画布上的内容x, y 20, 50 # 区块链的初始位置block_width, block_height 250, 150 # 区块的宽度和高度for block in self.blockchain.blockList:self.canvas.create_rectangle(x, y, x block_width, y block_height, outlineblack) # 绘制区块框self.canvas.create_text(x block_width // 2, y block_height // 2, textstr(block)) # 显示区块信息if block.prev_hash: # 绘制区块之间的连接线prev_x, prev_y x - block_width, y block_height // 2self.canvas.create_line(prev_x, prev_y, x, y block_height // 2, fillred)x block_width 50 # 每个区块之间留一定的间隔# 设置Canvas可滚动范围self.canvas.config(scrollregionself.canvas.bbox(tk.ALL))if __name__ __main__:root tk.Tk()app BlockChainApp(root)app.root.mainloop()1.6 主函数类中实现了可视化界面以下为演示效果
初始化界面 添加交易后添加区块
在上述区块链可视化界面中显示对应区块并用红色连线连接表示区块链的哈希连接。
查询区块信息 输入区块对应的索引从0开始即可查询对应区块的交易信息
2、网络共识区块链编程实现
2.1 DaDaCoinBlockChain类
class DaDaCoinBlockChain:def __init__(self): # 初始化self.current_transactions [] # 交易列表self.chain [] # 区块链管理多个区块self.nodes set() # 保存网络中其他节点self.new_block(previous_hash1, proof100) # 创建创世区块def new_block(self,proof: int, # 确定proof为int类型previous_hash: Optional[str] # 上一块的哈希类型) - Dict[str, Any]: # 创建一个区块返回一个字典数据类型block {index: len(self.chain) 1, # 索引timestamp: time.time(), # 当前时间transaction: self.current_transactions, # 交易记录proof: proof, # 工作量证明previous_hash: previous_hash or self.hash(self.chain[-1]) # 前一区块哈希}self.current_transactions [] # 交易记录加入区块之后清空self.chain.append(block) # 区块加入区块链return blockdef new_transactions(self, sender: str, recipient: str, amount) - int: # 创建一个交易self.current_transactions.append({sender: sender, # 付款方recipient: recipient, # 收款方amount: amount # 数量})return self.last_block[index] 1 # 索引标记交易数量propertydef last_block(self) - Dict[str, Any]: # 取得最后一个区块return self.chain[-1]staticmethoddef hash(block: Dict[str, any]) - str: # 哈希加密传递一个字典返回字符串blockString json.dumps(block, sort_keysTrue).encode() # 编码return hashlib.sha256(blockString).hexdigest()def proof_of_work(self, last_proof: int) - int: # 工作量证明挖矿过程proof 0while self.valid_proof(last_proof, proof) is False:proof 1return proofstaticmethod # 第N个区块依赖于N-1个区块简单挖矿def valid_proof(last_proof: int, proof: int) - bool: # 验证证明guess f{last_proof * proof}.encode()guess_hash hashlib.sha256(guess).hexdigest()# print(str(guess_hash))return guess_hash[-4:] 1234def valid_chain(self, chain: List[Dict[str, Any]]) - bool: # 区块链校验# List[Dict[str, Any]]是一个列表列表的每个元素都是字典last_block chain[0] # 第一个区块curr_index 1 # 当前的第一个索引while curr_index len(chain):block chain[curr_index] # 当前区块# 哈希校验校验区块链的链接if block[previous_hash] ! self.hash(last_block):return False# 工作量校验挖矿的工作量校验if not self.valid_proof(last_block[proof], block[proof]):return Falselast_block block # 轮询curr_index 1 # 索引自增return Truedef register_node(self, addr: str) - None: # 加入网络的其他节点用于更新now_url urlparse(addr) # 解析self.nodes.add(now_url.netloc) # 增加网络节点def resolve_conflicts(self) - bool: # 共识算法# 网络中的多个节点取出最长的neighbours self.nodes # 取得所有的节点new_chain None # 新的区块链max_length len(self.chain) # 当前的区块链长度for node in neighbours:response requests.get(fhttp://{node}/chain) # 访问网络节点if response.status_code 200:length response.json()[length] # 取出长度chain response.json()[chain] # 取出区块链# 如果当前区块链比我长并且经得起校验那么就更新if length max_length and self.valid_chain(chain):max_length lengthnew_chain chain # 保存长度与区块链if new_chain:self.chain new_chain # 替换区块链return Truereturn False2.2 flask框架部分
dadacoin DaDaCoinBlockChain() # 创建一个网络节点
node_id str(uuid4()).replace(-, ) # 节点替换生成密钥
print(当前钱包地址, node_id)
app Flask(__name__) # 初始化flask框架app.route(/)
def index_page():return 你好欢迎来到达达币系统app.route(/chain) # 查看所有的区块链
def index_chain():response {chain: dadacoin.chain, # 区块链length: len(dadacoin.chain) # 区块链长度}return jsonify(response), 200app.route(/mine) # 挖矿
def index_mine():last_block dadacoin.last_block # 取得最后一个区块last_proof last_block[proof] # 取得工作量证明proof dadacoin.proof_of_work(last_proof) # 挖矿计算# 系统奖励比特币挖矿产生交易dadacoin.new_transactions(sender0, # 0代表系统奖励recipientnode_id, # 当前钱包地址amount10 # 奖励数量)block dadacoin.new_block(proof, None) # 增加一个区块response {message: 新的区块创建,index: block[index], # 仓建的索引transaction: block[transaction], # 交易proof: block[proof], # 工作量证明previous_hash: block[previous_hash] # 上一块的哈希}return jsonify(response), 200app.route(/new_transaction, methods[POST]) # 创建一个新的交易
def new_transaction():values request.get_json() # 抓取网络传输的信息required [sender, recipient, amount]if not all(key in values for key in required):return 数据不完整, 400index dadacoin.new_transactions(values[sender],values[recipient],values[amount]) # 新增一个交易response {message: f交易加入到区块{index},}return jsonify(response), 200app.route(/new_node, methods[POST]) # 增加网络节点
def new_node():values request.get_json() # 获取json字符串nodes values.get(nodes) # 获取所有节点if nodes is None:return 节点为空, 400for node in nodes:dadacoin.register_node(node) # 增加网络节点response {message: 网络节点已经增加,nodes: list(dadacoin.nodes) # 查看所有节点}return jsonify(response), 200app.route(/node_refresh)
def node_refresh():replaced dadacoin.resolve_conflicts() # 共识算法进行最长替换message if replaced:message 区块链已经被替换为最长else:message 当前区块链已经是最长无需替换response {message: message,new--chain: dadacoin.chain}return jsonify(response), 2002.3 初始化三个节点分别模拟网络中的三个矿工
if __name__ __main__:app.run(127.0.0.1, 5000)if __name__ __main__:app.run(127.0.0.1, 5001)if __name__ __main__:app.run(127.0.0.1, 5002)2.4 效果演示
分别启动三个矿工节点
初始化界面 初次访问chain路径时显示创世区块 访问mine路径时进行挖矿操作挖出新的区块矿工获得出块奖励 添加交易 使用postman进行操作 此时仅仅是将交易添加到区块还没有挖出区块3再次进行mine操作可以看到区块3中除了出块奖励还有此次交易 网络共识解决分叉冲突 此时模拟节点1挖出6个区块节点2挖出4个区块节点3挖出3个区块。将节点1和节点2的信息同步给区块3此时根据最长链原则应该更新为节点1的6个区块。 使用postman添加节点 刷新节点信息 此时节点3已经被最长链代替。
3、其他
开源代码地址 Gitee仓库 b站参考视频参考视频
