python区块链简单模拟【04】_本地存储模拟区块链

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())
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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)
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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)
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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
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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)
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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：

1. 决策权：参与者有权参与网络的决策过程，包括投票、提案和讨论等。
2. 透明度：参与者有权获得网络中的所有交易和数据的透明和可验证性。
3. 数据保护：参与者有权保护自己的个人数据免受未经授权的访问和滥用。
4. 数据所有权：参与者有权拥有和控制他们自己的数据，并可以自由地分享或转移。

义务：

1. 守规矩：参与者需要遵守网络的规则和协议，确保网络的正常运行和安全性。
2. 贡献资源：参与者需要为网络提供计算能力、存储空间或其他资源，以支持网络的运行和安全性。
3. 信息验证：参与者需要对网络中的交易和数据进行验证，以确保其准确性和安全性。
4. 支持共识：参与者需要参与共识算法，并按照共识协议行动，以保持网络的一致性和完整性。

这些权利和义务有助于确保参与者之间的平等和公正，同时也保证了区块链网络的安全性和可靠性。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：

1. 决策权：参与者有权参与网络的决策过程，包括投票、提案和讨论等。
2. 透明度：参与者有权获得网络中的所有交易和数据的透明和可验证性。
3. 数据保护：参与者有权保护自己的个人数据免受未经授权的访问和滥用。
4. 数据所有权：参与者有权拥有和控制他们自己的数据，并可以自由地分享或转移。

义务：

1. 守规矩：参与者需要遵守网络的规则和协议，确保网络的正常运行和安全性。
2. 贡献资源：参与者需要为网络提供计算能力、存储空间或其他资源，以支持网络的运行和安全性。
3. 信息验证：参与者需要对网络中的交易和数据进行验证，以确保其准确性和安全性。
4. 支持共识：参与者需要参与共识算法，并按照共识协议行动，以保持网络的一致性和完整性。

这些权利和义务有助于确保参与者之间的平等和公正，同时也保证了区块链网络的安全性和可靠性。