python区块链简单模拟【04】-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了python区块链简单模拟【04】。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

区块链网络是去中心化的，区块链不是基于一个中心节点产生的，而是由很多去中心化的节点一起参与维护的我们要实现一个简单地去中心化网络，该模拟实验，多个节点可以运行在同一个计算机上，只是每个节点使用了不同的本地端口号，每个节点都是使用一个独立的线程运行，相当于一个独立的节点。
正确，区块链网络是一种去中心化的网络。它由多个节点组成，而不是由一个中心化的机构或实体控制。每个节点都有一个完整的副本区块链的拷贝，并且通过共识机制来达成对区块链上交易的一致认同。由于去中心化的特性，区块链网络具有更高的安全性和抗攻击能力，同时没有单点故障的风险。

# 导入椭圆曲线算法
from ecdsa import SigningKey, SECP256k1, VerifyingKey, BadSignatureError
import binascii
import base64
from hashlib import sha256


class 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
        """
        self._private_key = SigningKey.generate(curve=SECP256k1)
        self._public_key = self._private_key.get_verifying_key()

    @property
    def address(self):
        """
            这里通过公钥生成地址
        """
        h = sha256(self._public_key.to_pem())
        return base64.b64encode(h.digest())

    @property
    def 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'))
        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())

import json

class 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
        """
        if 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 = "从 %s 转至 %s %d个加密货币" % (self.sender, self.recipient, self.amount)
        else:
            s = "%s 挖矿获取%d个加密货币" % (self.recipient, self.amount)
        return s


class TransactionEncoder(json.JSONEncoder):
    """
    定义Json的编码类，用来序列化Transaction
    """
    def default(self, obj):
        if isinstance(obj, Transaction):
            return obj.__dict__
        else:
            return json.JSONEncoder.default(self, obj)

import hashlib
from datetime import datetime


class 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    
        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None
        self.nonce = None
        self.hash = None
        
    def __repr__(self):
        return "区块内容：%s\n哈希值: %s" % (json.dumps(self.transactions), self.hash)

DIFFICULTY = 5

class ProofOfWork:
    """
        工作量证明
    """
    def __init__(self, block, miner, difficult=5):
        self.block = block
        
        # 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 = DIFFICULTY

        self.miner = miner
        # 添加挖矿奖励
        self.reward_amount = 1

    def mine(self):
        """
            挖矿函数
        """
        i = 0
        prefix = '0' * self.difficulty
        
        
        # 添加奖励
        t = Transaction(
                sender="",
                recipient=self.miner.address,
                amount=self.reward_amount,
            )
        sig = self.miner.sign(json.dumps(t, cls=TransactionEncoder))
        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 = i
                self.block.hash = digest
                return self.block
            i += 1

class 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)

区块链网络是一种分布式网络结构，通过区块链技术实现数据的存储、交换和共享。区块链网络由多个节点组成，每个节点都有一个副本的区块链账本。这些节点通过共识算法一致地更新和维护账本，确保账本的一致性和安全性。

区块链网络具有去中心化的特点，没有中心化的控制机构，所有节点平等地参与网络的维护和运行。这样的设计使得区块链网络具有高度的抗攻击性和鲁棒性，同时也降低了网络的单点故障的风险。

区块链网络可以用于各种场景，如数字货币、供应链管理、投票系统等。通过区块链技术，可以实现透明、安全、高效的数据交换和管理。同时，区块链网络也提供了智能合约功能，使得交易可以在不需要信任第三方的情况下进行。

总的来说，区块链网络是一种新兴的网络结构，具有去中心化、安全性高等优点，可以应用于各种领域，正在改变传统的中心化网络模式。

区块链网络是由多个节点组成的分布式计算网络，用于支持区块链技术的实施和应用。在区块链网络中，每个节点都拥有一个完整的副本，可以对交易进行验证和记录，并且通过共识算法来保证数据的一致性和安全性。区块链网络的特点包括去中心化、透明和不可篡改等。通过区块链网络，可以实现去中心化的数字货币交易、智能合约执行、资产管理等应用。

在区块链的去中心化网络中，参与者享有一些权利和承担一些义务。以下是一些常见的权利和义务：

权利：