Erstellen Sie Ihre eigene Blockchain

Schritt 1 – Ein Block und sein Fingerabdruck

Ein Block enthält einige Daten (Transaktionen), einen Link zum vorherigen Block und eine „Nonce“ (eine Zahl, die wir ändern können). Seine Identität ist ein SHA-256-Hash aller Inhalte – ändern Sie ein Zeichen und der Hash ändert sich vollständig. Dieser Hash ist der manipulationssichere Fingerabdruck des Blocks.

import hashlib, json, time

class Block:
    def __init__(self, index, transactions, previous_hash, nonce=0):
        self.index = index
        self.timestamp = time.time()
        self.transactions = transactions
        self.previous_hash = previous_hash
        self.nonce = nonce

    def hash(self):
        # A block's fingerprint = SHA-256 of all its contents.
        payload = json.dumps({
            "index": self.index,
            "timestamp": self.timestamp,
            "transactions": self.transactions,
            "previous_hash": self.previous_hash,
            "nonce": self.nonce,
        }, sort_keys=True).encode()
        return hashlib.sha256(payload).hexdigest()

Schritt 2 – Bergbau (Arbeitsnachweis)

Beim Mining geht es darum, einen Hash zu finden, der einer Regel entspricht – hier beginnend mit einer festgelegten Anzahl von Nullen. Es gibt keine Formel; Sie erzwingen die Nonce brutal, bis der Hash passt. Das Prüfen einer Lösung geht schnell, aber das Finden einer Lösung erfordert Arbeit. Diese Asymmetrie ist das Herzstück von Proof of Work.

DIFFICULTY = 4  # require this many leading zeros

def mine(block):
    # Proof of Work: keep changing the nonce until the hash
    # starts with DIFFICULTY zeros. There is no shortcut —
    # you just have to guess, which is what costs energy.
    target = "0" * DIFFICULTY
    while not block.hash().startswith(target):
        block.nonce += 1
    return block.hash()

Schritt 3 – Verketten der Blöcke

Jeder neue Block speichert den Hash des vorherigen und fügt sie zu einer Kette zusammen, die mit einem hartcodierten „Genesis“-Block beginnt. Da sich jeder Block an den vorherigen bindet, ist die Reihenfolge festgelegt und der Verlauf miteinander verknüpft.

class Blockchain:
    def __init__(self):
        # The genesis block — the very first, hard-coded block.
        genesis = Block(0, [{"note": "genesis"}], "0")
        mine(genesis)
        self.chain = [genesis]

    def add_block(self, transactions):
        prev = self.chain[-1]
        block = Block(len(self.chain), transactions, prev.hash())
        mine(block)            # do the work
        self.chain.append(block)
        return block

Schritt 4 – Validierung der Kette

Um einer Kette zu vertrauen, überprüfen Sie sie erneut: Jeder Block muss auf den echten Hash des vorherigen Blocks verweisen und jeder Block muss die Proof-of-Work-Regel erfüllen. Wenn eine der Prüfungen irgendwo fehlschlägt, ist die Kette ungültig.

def is_valid(chain):
    for i in range(1, len(chain)):
        current, previous = chain[i], chain[i - 1]
        # 1) Each block must point to the real hash of the one before it.
        if current.previous_hash != previous.hash():
            return False
        # 2) Each block must satisfy the proof-of-work rule.
        if not current.hash().startswith("0" * DIFFICULTY):
            return False
    return True

Schritt 5 – Führen Sie es aus und versuchen Sie zu betrügen

Fügen Sie nun ein paar Blöcke hinzu und manipulieren Sie dann eine alte Transaktion. Sobald Sie frühere Daten ändern, stimmt der Hash dieses Blocks nicht mehr mit den Erwartungen des nächsten Blocks überein – und die Validierung gibt sofort „False“ zurück. Dies ist im Grunde der Grund, warum man die Geschichte von Bitcoin nicht stillschweigend umschreiben kann.

bc = Blockchain()
bc.add_block([{"from": "Alice", "to": "Bob", "amount": 5}])
bc.add_block([{"from": "Bob", "to": "Carol", "amount": 2}])

print("Chain valid?", is_valid(bc.chain))   # True

# Now try to cheat: tamper with an old transaction.
bc.chain[1].transactions[0]["amount"] = 5000
print("Chain valid?", is_valid(bc.chain))   # False — tampering is caught!

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