Практикум — шаг 1: цепочка блоков

ОБЯЗАТЕЛЬНОДЛЯ НОВИЧКОВ

Разработчику

← Обзор практикума · Шаг 1 · Шаг 2 →

Создаём ядро реестра: блок, хеш, цепочка и простейший proof-of-work. Логика совпадает с интерактивом на вводной странице, но здесь — полноценный Python-модуль.

---

Файлы этого шага

В каталоге из обзора создайте пакет ledger_lab/ и два файла:

• block.py — блок и хеширование;
• chain.py — цепочка, проверка и учебный PoW.

В начале block.py понадобятся импорты: hashlib, json, time, dataclasses.

---

Блок и канонический JSON

Хеш должен считаться от однозначного представления данных. Используем json.dumps с sort_keys=True:

def canonical_json(data: Any) -> str:
    return json.dumps(data, sort_keys=True, separators=(",", ":"))

def sha256_hex(payload: str) -> str:
    return hashlib.sha256(payload.encode("utf-8")).hexdigest()

Класс Block хранит index, previous_hash, timestamp, transactions, nonce. После заполнения полей вычисляется hash:

@dataclass
class Block:
    index: int
    previous_hash: str
    timestamp: float
    transactions: list[dict[str, Any]]
    nonce: int = 0
    hash: str = field(default="", init=False)

    def calculate_hash(self) -> str:
        return sha256_hex(canonical_json(self.header_dict()))

Genesis-блок — нулевой блок с фиксированным previous_hash из нулей (как в Bitcoin, только упрощённо):

def genesis_block() -> Block:
    return Block(
        index=0,
        previous_hash="0" * 64,
        timestamp=time.time(),
        transactions=[{"type": "genesis", "message": "Crypto Ledger Lab"}],
    )

Связь с теорией

В Bitcoin заголовок богаче (Merkle root, bits, version). У нас в transactions пока лежит весь список операций — для учебного объёма этого достаточно. Merkle-дерево разобрано в главе 1.

---

Цепочка и проверка

Blockchain держит список блоков и параметр difficulty (сколько hex-нулей в начале хеша):

@dataclass
class Blockchain:
    chain: list[Block] = field(default_factory=list)
    difficulty: int = 2

    def is_valid(self) -> tuple[bool, str]:
        prefix = "0" * self.difficulty
        for i, block in enumerate(self.chain):
            if block.hash != block.calculate_hash():
                return False, f"блок {i}: хеш не совпадает с содержимым"
            if i > 0 and block.previous_hash != self.chain[i - 1].hash:
                return False, f"блок {i}: разорвана ссылка на предыдущий"
            if i > 0 and not block.hash.startswith(prefix):
                return False, f"блок {i}: не выполнен учебный PoW"
        return True, "ok"

Если изменить transactions в старом блоке без пересчёта hash и перемайнинга хвоста — is_valid() вернёт ошибку. Это тот же принцип, что в демо BlockchainChainPlay, когда подмена ломает цепочку.

---

Учебный майнинг (PoW)

def mine_block(self, transactions: list[dict]) -> Block:
    previous = self.last_block
    block = Block(
        index=previous.index + 1,
        previous_hash=previous.hash,
        timestamp=time.time(),
        transactions=transactions,
    )
    prefix = "0" * self.difficulty
    while not block.hash.startswith(prefix):
        block.nonce += 1
        block.hash = block.calculate_hash()
    self.chain.append(block)
    return block

difficulty	Поведение
1	Быстро, подходит для тестов
2	Заметная задержка на ноутбуке
4+	Наглядно показывает цену PoW

В Ethereum после Merge консенсус — PoS; PoW здесь только чтобы почувствовать работу майнера из обзора консенсуса.

---

Практическое задание

1. В REPL или маленьком скрипте создайте Blockchain(difficulty=1), добавьте блок с транзакцией {"type": "transfer", "amount": 42}.
2. Вызовите is_valid() до и после ручной подмены transactions в блоке 1.
3. Увеличьте difficulty до 3 и засеките время mine_block.

Проверка в REPL после mine_block:

ok, msg = chain.is_valid()
assert ok, msg

---

Что дальше

Шаг 2 — криптография и подписи переводов: ключи Ed25519 и защита секрета в «vault».