Python怎么构建区块链

封面图 • 2025-10-17 • 区块链、加密货币

构建一个简单的区块链（Blockchain）在 Python 中是一个很好的学习项目，可以帮助你理解区块链的基本原理。下面我将逐步讲解如何用 Python 构建一个**最小的区块链系统**。

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## 🧱 1. 区块链的基本概念

- **区块（Block）**：包含数据、时间戳、前一个区块的哈希值（`previous_hash`）、当前区块的哈希（`hash`）等。
- **链（Chain）**：由多个区块按顺序连接而成。
- **哈希函数**：用于生成区块的唯一标识符（如 SHA-256）。
- **工作量证明（Proof of Work）**：一种共识机制，用于验证新区块是否合法。

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## 🧰 2. 所需库

Python 内置的 `hashlib` 可以用来计算哈希。

```bash
pip install hashlib
```

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## 🧩 3. 构建步骤

### ✅ 步骤 1：定义 Block 类

```python
import hashlib
import json
import time

class Block:
    def __init__(self, index, previous_hash, timestamp, data, nonce=0):
        self.index = index
        self.previous_hash = previous_hash
        self.timestamp = timestamp
        self.data = data
        self.nonce = nonce
        self.hash = self.calculate_hash()

def calculate_hash(self):
        block_string = json.dumps({
            'index': self.index,
            'previous_hash': self.previous_hash,
            'timestamp': self.timestamp,
            'data': self.data,
            'nonce': self.nonce
        }, sort_keys=True).encode()
        return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()

def __str__(self):
        return f"Block {self.index} (Hash: {self.hash})"
```

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### ✅ 步骤 2：定义 Blockchain 类

```python
class Blockchain:
    def __init__(self):
        self.chain = [self.create_genesis_block()]
        self.difficulty = 4  # 哈希前缀需要有4个零

def create_genesis_block(self):
        return Block(0, "0", int(time.time()), "Genesis Block")

def get_last_block(self):
        return self.chain[-1]

def add_block(self, new_block):
        new_block.previous_hash = self.get_last_block().hash
        new_block.hash = self.proof_of_work(new_block)
        self.chain.append(new_block)

def proof_of_work(self, block):
        nonce = 0
        while not self.is_valid_hash(block, nonce):
            nonce += 1
        block.nonce = nonce
        return block.calculate_hash()

def is_valid_hash(self, block, nonce):
        block.nonce = nonce
        hash_result = block.calculate_hash()
        return hash_result[:self.difficulty] == '0' * self.difficulty

def is_chain_valid(self):
        for i in range(1, len(self.chain)):
            current = self.chain[i]
            previous = self.chain[i - 1]

if current.hash != current.calculate_hash():
                return False

if current.previous_hash != previous.hash:
                return False

return True
```

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### ✅ 步骤 3：使用示例

```python
# 创建区块链
blockchain = Blockchain()

# 添加第一个区块
blockchain.add_block(Block(1, "", int(time.time()), "Transaction 1"))
blockchain.add_block(Block(2, "", int(time.time()), "Transaction 2"))

# 打印所有区块
for block in blockchain.chain:
    print(block)

# 验证区块链是否有效
print("Is blockchain valid?", blockchain.is_chain_valid())
```

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## 🚀 4. 进阶功能建议

你可以继续扩展这个项目，比如：

- 实现节点通信（P2P）
- 加入交易系统（Transaction Pool）
- 支持多种共识算法（如 PoS）
- 使用数据库存储区块链数据（如 SQLite 或 MongoDB）

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## 📘 5. 小结

通过以上代码，你已经构建了一个最基础的区块链系统。它具备以下功能：

- 区块结构
- 工作量证明（PoW）
- 链结构
- 链有效性验证

如果你有兴趣，我可以进一步帮你实现更复杂的版本，比如支持交易、节点网络、钱包等。

需要吗？ 😊