Py区块链源码笔记 (1)挖矿

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怎么学习区块链知识呢? 各种的资料看的头大,还是晕晕乎乎。所以那不如自己实现一个吧??

说是自己实现,实际上想先对源码进行解读。这里给出的源码,是一个基于Python实现的一个功能较为健全的区块链。下面给出项目地址

项目地址

挖矿(mine)

什么是挖矿

当然进入币圈或者链圈的人当然对挖矿这个词不会陌生。区块链的核心问题就是解决了拜占庭将军问题,实现了全网的可信。在比特币网络里面,每十分钟产生的数据成为一个block。这个块被所有的矿工一起进行计算。其中有一个nonce的值。一旦有一个矿工挖到了这个特定值。那么就挖到了这个block。可以得到coinbase的奖励。

拜占庭将军问题

源码的实现

Web端

这里是使用了python的Flask模块作为一个web的服务端。

app = Flask(__name__)# 这里的@说明是函数修饰符,后面有说明@app.route('/mine', methods=['GET'])def mine():    ...    return jsonify(response), 200app.run(host='0.0.0.0', port=5000)

这里就可以实现后端的对前端的GET请求的响应,执行挖矿操作后,返回Json的信息。


Python的函数修饰符

这里的 @app.route('/mine', methods=['GET'])是一个对函数的修饰符,和solidity里面的modifier差不多。其意在执行完了修饰符的函数之后,才会继续执行下面修释的函数

def test(f):      print "before ..."      f()  # 这里指代的就是所修饰函数    print "after ..."  @test  def func():      print "func was called"  # 直接运行,输出结果:before ...  func was called  after ...  # 所以这里可以看出上述代码等价于test(func)    # func 是个pointer

Miner

这里是miner的代码,这里实现了一个简单的挖矿过程,虽然和实际的挖矿过程还是有些差距,不过也正是简单易读,所以我们好理解。

miner的请求处理

@app.route('/mine', methods=['GET'])def mine():    # 这里使用PoWPoW共识机制。    # 这里的返回了一个ARRAY的tail其定义是 chain = []    last_block = blockchain.last_block                # 这里使用PoW,代码后面展开    proof = blockchain.proof_of_work(last_block)    


​ # We must receive a reward for finding the proof.
​ # The sender is “0” to signify that this node has mined a new coin.
​ # 翻译过来,这个就是区块奖励,也就是CoinBase,
​ # 作为一个区块的第一笔交易,所以发送者是零地址。

blockchain.new_transaction(
sender=”0”,
recipient=node_identifier,
amount=1,
)

# 把这个    区块加到链尾,实现了到主链的融合previous_hash = blockchain.hash(last_block)block = blockchain.new_block(proof, previous_hash)# 这里把新的区块数据反馈到前端response = {    'message': "New Block Forged",    'index': block['index'],    'transactions': block['transactions'],    'proof': block['proof'],    'previous_hash': block['previous_hash'],}return jsonify(response), 200

PoW的实现代码

def proof_of_work(self, last_block):    """    一段简单的工作量证明的算法:    """    last_proof = last_block['proof']    last_hash = self.hash(last_block)    proof = 0    while self.valid_proof(last_proof, proof, last_hash) is False:        proof += 1    return proof


上述代码的实际上的工作原理: 先使得 proof的值为零,之后慢慢的递增。直到找到

找到一个数字P,使得Hash(P,P')的哈希值是前面包含了4个0的,这里的`P’是上一个区块的P值

实际上我们的挖矿的过程和这个差不多,这个P在实际上是一个nonce(number once)的值。这里一样的进行了大量的简化


valid_proof

# point : 这里是py的特性F-strings,分别计算花括号的值,并且进行拼接guess = f'{last_proof}{proof}{last_hash}'.encode()    guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest()print(guess_hash)return guess_hash[:4] == "0000"

这里就是对我们的Proof的值的合法性判断

  • 先把上一个的proof,本次的proof,和上一个区块的hash进行一个拼接(F-string)之后进行编码。
  • 对其进行sha256的hash。得到hash值。
  • 之后判断该hash的值是否是以四个0结尾
  • 返回是否找到合法的proof值,如果找到,返回True
  • 返回上层函数PoW的过程结束

这里是部分的打印结果:挖出第一个块的打印(第0块,是创世区块,设置的proof是100)

f49bd479bb433aa37bcb01b36cc6e4f3f8881ae4cdfeecfc3fc84a2a69a29951d71f73e0d52ad34fbc8848d85890a0951773fafc6c7214fe94794cc9c2dca904312cc1a85835727e29b7d85ae0a781a35ab57376ae56e29f8e6a70e1f76eb1390000b1964e2a279761ab62cf0d52272f540867aee83bb22ffc6eb2e9bf63f3b1100 16623 ac018635f614a44ab203ef49fcb7887b36de048fd5d5a286a06c9b32666bd618

我们可以看见,最后一行,我们的last_proof是100,这次我们尝试了 16623 次,得到了proof,使得他们的hash是以四个0开头的
0000b1964e2a279761ab62cf0d52272f540867aee83bb22ffc6eb2e9bf63f3b1

同样的下面是第二块

42d9c8f25d3b438157c2e4cd06fff288600eb78ef9536aeec60dea13c46fb41d00006b342191c828ecfeeb21ad3cfe3320ded31d4a0bc64fcf5c103c5a8806cb16623 187207 58f183fc794d087ccce036e25ca039099af9738d7cdf5c23564def4254eb1281

小结

可见这里的代码很简单的实现了一个PoW的模型,proof可以类比于我们寻找的 nonce 的这个值,实际上,关于BTC的难度系数的动态调整,就是和这得到的hash的零的个数,和后面数值的有效的大小的要求而确定的。

这里我们在BTC的区块链浏览器可以直接看到我们的区块数据。

BTC里面的随便一个区块

  • 高度 512,589
    确认数 2
    大小 1,096,630 Bytes
    Nonce 0x185d9c75
    时间 2018-03-08 22:05:10
    块哈希
  • 000000000000000000474697c175dadd12b11f9736c10e2a632aa52d7a555a0f
    前一个块
  • 00000000000000000000021c043e439b5f4b632389b0062306bf2d4e0b657c7c
    后一个块
  • 000000000000000000434de347737700f50cacde89f956e08ed4a39dddd23bf0

可以看到,其实,差不多2333.

后面的话

打算潜心学习,不能浮躁,慢慢的学习这些底层的原理和实现,后面应该会有关于交易(加密签名),组网(P2P)网络的内容

留下点什么吧