나만의 블록체인 구축

1단계 - 블록과 지문

블록은 일부 데이터(트랜잭션), 이전 블록에 대한 링크 및 "nonce"(변경할 수 있는 숫자)를 보유합니다. 해당 ID는 모든 콘텐츠의 SHA-256 해시입니다. 문자 하나를 변경하면 해시가 완전히 변경됩니다. 해당 해시는 블록의 변조 방지 지문입니다.

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()

2단계 - 채굴(작업 증명)

마이닝은 규칙을 충족하는 해시를 찾는 것을 의미합니다. 여기서는 설정된 수의 0으로 시작합니다. 공식은 없습니다. 해시가 맞을 때까지 nonce를 무차별 대입합니다. 해결책을 확인하는 것은 즉각적이지만 해결책을 찾는 데는 노력이 필요합니다. 이러한 비대칭성은 작업 증명의 핵심입니다.

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()

3단계 - 블록 연결

각각의 새로운 블록은 이전 블록의 해시를 저장하여 하드 코딩된 "창세기" 블록으로 시작하는 체인으로 용접합니다. 모든 블록은 이전 블록에 커밋되기 때문에 순서가 고정되고 기록이 서로 연결됩니다.

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

4단계 - 체인 검증

체인을 신뢰하려면 체인을 다시 확인해야 합니다. 모든 블록은 이전 블록의 실제 해시를 가리켜야 하며 모든 블록은 작업 증명 규칙을 충족해야 합니다. 어느 곳에서든 검사가 실패하면 체인이 유효하지 않은 것입니다.

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

5단계 - 실행하고 부정행위 시도

이제 몇 개의 블록을 추가한 다음 이전 거래를 변조해 보세요. 과거 데이터를 변경하는 순간 해당 블록의 해시는 더 이상 다음 블록이 예상하는 것과 일치하지 않으며 유효성 검사는 즉시 False를 반환합니다. 이것이 바로 비트코인의 역사를 조용히 다시 쓸 수 없는 이유입니다.

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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