Python实现基于POS算法的区块链

区块链中的共识算法

在比特币公链架构解析中，就曾提到过为了实现去中介化的设计，比特币设计了一套共识协议，并通过此协议来保证系统的稳定性和防攻击性。 并且我们知道，截止目前使用最广泛，也是最被大家接受的共识算法，是我们先前介绍过的POW(proof of work)工作量证明算法。目前市值排名前二的比特币和以太坊也是采用的此算法。

虽然POW共识算法取得了巨大的成功，但对它的质疑也从来未曾停止过。 其中最主要的一个原因就是电力消耗。据不完全统计，基于POW的挖矿机制所消耗的电量是非常巨大的，甚至比绝大多数国家耗电量还要多。这对我们的资源造成了极大的浪费，此外随着比特大陆等公司的强势崛起，造成了算力的高度集中。

基于以上种种原因，更多的共识算法被提出来 POS、DPOS、BPFT等等。 今天我们就来认识POS(proof of stake)算法。

Proof of stake，译为权益证明。你可能已经猜到了，权益证明简单理解就是拥有更多token的人，有更大的概率获得记账权利，然后获得奖励。 这个概率具体有多大呢？ 下面我们在代码实现中会展示，分析也放在后面。 当然，POS是会比POW更好吗？ 会更去中心化吗？ 现在看来未必，所以我们这里也不去对比谁优谁劣。 我们站在中立的角度，单纯的来讨论讨论POS这种算法。

代码实战

生成一个Block

既然要实现POS算法，那么就难免要生成一条链，链又是由一个个Block生成的，所以下面我们首先来看看如何生成Block，当然在前面的内容里面，关于如何生成Block，以及交易、UTXO等等都已经介绍过了。由于今天我们的核心是实现POS，所以关于Block的生成，我们就用最简单的实现方式，好让大家把目光聚焦在核心的内容上面。

我们用三个方法来实现生成一个合法的区块

from hashlib import sha256from datetime import datetimedef generate_block(oldblock, bpm, address): """ :param oldblock: :param bpm: :param address: :return: """ newblock = {  "Index": oldblock["Index"] + 1,  "BPM": bpm,  "Timestamp": str(datetime.now()),  "PrevHash": oldblock["Hash"],  "Validator": address } newblock["Hash"] = calculate_hash(newblock) return newblockdef calculate_hash(block): record = "".join([  str(block["Index"]),  str(block["BPM"]),  block["Timestamp"],  block["PrevHash"] ]) return sha256(record.encode()).hexdigest()def is_block_valid(newblock, oldblock): """ :param newblock: :param oldblock: :return: """ if oldblock["Index"] + 1 != newblock["Index"]:  return False if oldblock["Hash"] != newblock["PrevHash"]:  return False if calculate_hash(newblock) != newblock["Hash"]:  return False return True