区块链POW证明代码实现demo
这里强调一下区块链的协议分层
- 应用层
- 合约层
- 激励机制
- 共识层
- 网络层
- 数据层
上 一篇主要实现了区块链的 数据层，数据层主要使用的技术就是对数据的校验，求hash。
这里介绍工作量证明POW， POW是属于共识机制的内容。
PoW机制中根据矿工的工作量来执行货币的分配和记账权的确定。算力竞争的胜者将获得相应区块记账权和比特币奖励。因此,矿机芯片的算力越高,挖矿的时间更长,就可以获得更多的数字货币。
优点：
算法简单，容易实现；节点间无需交换额外的信息即可达成共识；破坏系统需要投入极大的成本。
缺点：
浪费能源；区块的确认时间难以缩短；新的区块链必须找到一种不同的散列算法，否则就会面临比特币的算力攻击；容易产生分叉，需要等待多个确认；永远没有最终性，需要检查点机制来弥补最终性。
目前基于PoW共识机制的数字货币有很多，比特币、莱特币、狗狗币、达士币、门罗币等初期的数字货币大多都是PoW共识机制。
其他的共识机制还有
PoS（Proof of Stake） DPOS（Delegated Proof-of-Stake） DAG(Directed acyclic graph) PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance） Pool验证池 dBFT（delegated BFT） PoA（Proof-of-Authority） RPCA（Ripple Protocol consensus algorithm） Hcash——PoW+PoS共识机制
这些共识机制，后面有时间会补充上的，今天主要介绍POW
pow很简单，原理就是 利用计算力，在选择一个nonce的值结合区块的数据算出hash，使得hash的前面多少位都是0.
nonce是一个用来找到满足条件的hash值的数字，nonce值一直迭代，直到hash值有效为止。在我们案例中一个有效的hash值是最少有4个前导0。找到nonce值以满足合适条件的hash值的过程就叫做挖矿。
下面给出代码：
golang版
package main
import (
"bytes"
"crypto/sha256"
"fmt"
"math"
"math/big"
)
// 前导0，难度
const targetBits = 8
type ProofOfWork struct {
block *Block
targetBit *big.Int
}
func NewProofOfWork(block *Block) *ProofOfWork {
// 设置64位全1
var IntTarget = big.NewInt(1)
//00000000000000000000000000001
//10000000000000000000000000000
//00000000000100000000000000000
//0000001
// 右移 targetBits位
IntTarget.Lsh(IntTarget, uint(256 - targetBits))
return &ProofOfWork{block:block, targetBit:IntTarget}
}
func (pow *ProofOfWork)PrepareRawData(nonce int64)[]byte {
block := pow.block
tmp := [][]byte{
Int2Byte(block.Version),
block.PrevBlockHash,
Int2Byte(block.TimeStamp),
block.MerkeRoot,
Int2Byte(nonce),
Int2Byte(targetBits),
block.Data}
data := bytes.Join(tmp, []byte{})
return data
}
func (pow *ProofOfWork)Run() (int64, []byte) {
var nonce int64
var hash [32]byte
var HashInt big.Int
fmt.Printf("target hash:", pow.targetBit.Bytes())
for nonce < math.MaxInt64 {
data := pow.PrepareRawData(nonce)
hash = sha256.Sum256(data)
HashInt.SetBytes(hash[:])
//fmt.Println(nonce)
// 这里用于 判断算出的hash值（int）只要比最大的IntTarget小就是正确的。
if HashInt.Cmp(pow.targetBit) == -1 {
fmt.Printf("Found Hash: %x\n", hash)
break
} else {
nonce++
}
}
return nonce, hash[:]
}
// 对block的数据校验
func (pow *ProofOfWork)IsVaild() bool {
data := pow.PrepareRawData(pow.block.Nonce)
hash := sha256.Sum256(data)
var IntHash big.Int
IntHash.SetBytes(hash[:])
return IntHash.Cmp(pow.targetBit) == -1
}python版
function isValidHashDifficulty(hash, difficulty) {
for (var i = 0, b = hash.length; i < b; i ++) {
if (hash[i] !== '0') {
break;
}
}
return i >= difficulty;
}
import hashlib
"""
工作量证明
"""
class ProofofWork():
"""
pow
"""
def __init__(self, block):
self.block = block
def mine(self):
"""
挖矿函数
:return:
"""
i = 0
prefix = '0000'
while True:
nonce = str(i)
message = hashlib.sha256()
message.update(str(self.block.data).encode('utf-8'))
message.update(nonce.encode("utf-8"))
digest = message.hexdigest()
if digest.startswith(prefix):
return nonce, digest
i += 1