工作量证明python

### 工作量证明算法 Python 实现

工作量证明（Proof of Work, PoW）是一种通过计算难题来防止滥用资源的安全机制。PoW 要求参与者完成一项复杂的数学运算，通常涉及哈希函数。

#### 定义难度目标
为了模拟区块链中的挖矿过程，定义一个简单的难度级别，该级别决定了前导零的数量：

import hashlib
import time

class ProofOfWork:
    def __init__(self, data, difficulty=4):
        """初始化数据和难度"""
        self.data = data
        self.difficulty = difficulty
        self.nonce = 0

#### 计算哈希值
使用 SHA-256 哈希算法生成区块头的哈希值，并检查是否满足给定的工作量证明条件：

def calculate_hash(self, nonce=None):
    """基于nonce计算SHA-256哈希值"""
    if nonce is None:
        nonce = self.nonce
    
    block_header = f"{self.data}{nonce}".encode('utf-8')
    return hashlib.sha256(block_header).hexdigest()

#### 验证工作量证明
验证已找到的解是否符合设定的目标难度：

def valid_proof(self, hash_value):
    """验证hash是否以指定数量的前置零开头"""
    target_bits = '0' * self.difficulty
    return hash_value.startswith(target_bits)

#### 进行挖掘操作
不断调整随机数直到找到符合条件的结果为止：

def mine_block(self):
    """执行工作量证明的过程"""
    start_time = time.time()

    while True:
        current_hash = self.calculate_hash()
        
        if pow.valid_proof(current_hash):
            end_time = time.time()
            elapsed_time = round(end_time - start_time, 4)

            print(f"\n成功挖到新区块!")
            print(f"Hash: {current_hash}")
            print(f"Nonce: {pow.nonce}")
            print(f"耗时: {elapsed_time}秒\n")

            break
        
        # 尝试下一个随机数
        self.nonce += 1

完整的类定义如下所示：

import hashlib
import time

class ProofOfWork:
    def __init__(self, data, difficulty=4):
        self.data = data
        self.difficulty = difficulty
        self.nonce = 0

    def calculate_hash(self, nonce=None):
        if nonce is None:
            nonce = self.nonce
            
        block_header = f"{self.data}{nonce}".encode('utf-8')
        return hashlib.sha256(block_header).hexdigest()

    def valid_proof(self, hash_value):
        target_bits = '0' * self.difficulty
        return hash_value.startswith(target_bits)

    def mine_block(self):
        start_time = time.time()

        while True:
            current_hash = self.calculate_hash()
            
            if self.valid_proof(current_hash):
                end_time = time.time()
                elapsed_time = round(end_time - start_time, 4)

                print(f"\n成功挖到新区块!")
                print(f"Hash: {current_hash}")
                print(f"Nonce: {self.nonce}")
                print(f"耗时: {elapsed_time}秒\n")

                break
                
            self.nonce += 1


if __name__ == "__main__":
    message = "Hello Blockchain"
    pow = ProofOfWork(message, difficulty=5)
    pow.mine_block()