あにまるブログ

ブロックチェーン（簡易版）を Python で実装

最近は、プログラミング関連については、zenn ブログの方だけで、書いてきたんですが、どーも見てくれる人が少ないので、やっぱ、こっちでも書いていこーと思います！

zenn ブログと、ほぼ同じ内容になります。
https://zenn.dev/animalz/articles/c82f20acccd30f

今回は、ブロックチェーン（簡易版）を実装しよーと思います。
ざっくりの仕組みを把握することを、目的にしてる感じです。
やり取りするのは、通貨ではなく感謝（単位は MIK）をイメージしてます♪
ややボリュームが多めになるので、2回に分けよーと思います。
では、前半いきまっしょい♪

今回やること（block_chain.py）

1. ユーザー作成
2. トランザクション作成（MIK を発行）
3. トランザクション作成（MIK で感謝）
4. トランザクション検証
5. 実行

（後半予定）
1. マイニング
2. ブロックチェーン検証
3. ブロックチェーン作成
4. 実行

準備：インポート

import binascii
from datetime import datetime
import json
import pprint
from ecdsa import BadSignatureError, SECP256k1, SigningKey, VerifyingKey

1. ユーザー鍵データ作成関数

def make_key_data() -> dict:
    """ 
    curve: SECP256k1
    return: dict(keys=['secret_key_str', 'public_key_str'])
    """
    secret_key = SigningKey.generate(curve=SECP256k1)
    secret_key_str = secret_key.to_string().hex()
    public_key = secret_key.verifying_key
    public_key_str = public_key.to_string().hex()
    key_data = {
        'secret_key_str': secret_key_str,
        'public_key_str': public_key_str
    }
    return key_data

2. トランザクション作成関数1（MIK を発行）

def make_mikoto_trasaction(receiver_public_key_str: str, MIK: int) -> dict:
    """
    MIK 発行用トランザクションを作成
    return: dict(keys=['time', 'sender', 'receiver', 'MIK', 'signature'])
    sender, signature = 'mikoto_project'
    """
    mikoto_transaction = {
        "time": datetime.now().isoformat(),
        "sender": "mikoto_project",
        "receiver": receiver_public_key_str,
        "MIK": MIK,
        "signature": "mikoto_project",
    }
    return mikoto_transaction

3. トランザクション作成関数2（MIK で感謝）

ef make_thanks_transaction(
        sender_secret_key_str: str, sender_public_key_str: str, 
        receiver_public_key_str: str, MIK: int) -> dict:
    """
    MIK 感謝用トランザクションを作成
    return: dict(keys=['time', 'sender', 'receiver', 'MIK', 'signature'])
    """
    thanks_transaction = {
        "time": datetime.now().isoformat(),
        "sender": sender_public_key_str,
        "receiver": receiver_public_key_str,
        "MIK": MIK,
    }
    sender_secret_key = SigningKey.from_string(
        binascii.unhexlify(sender_secret_key_str), curve=SECP256k1)
    signature = sender_secret_key.sign(
        json.dumps(thanks_transaction).encode('utf-8')).hex()
    thanks_transaction['signature'] = signature
    return thanks_transaction

4. トランザクション検証関数

def verify_transaction(transaction: dict) -> bool:
    """ 
    トランザクションの signature を検証する
    return: bool
    print: error(BadSignatureError)
    """
    public_key_str = transaction['sender']
    public_key = VerifyingKey.from_string(binascii.unhexlify(public_key_str), curve=SECP256k1)
    # binascii.Error: Odd-length string
    # ecdsa.errors.MalformedPointError
    signature = binascii.unhexlify(transaction['signature'])
    # binascii.Error: Odd-length string
    copy_transaction = transaction.copy()
    copy_transaction.pop('signature')
    try:
        public_key.verify(signature, json.dumps(copy_transaction).encode('utf-8'))
        return True
    except BadSignatureError as e:
        print(e)
        return False

5. 実行

if __name__ == "__main__":
    # ユーザー情報の辞書を作成
    name_list = ['Dog', 'Cat', 'Lion']
    user_info_dict = {}
    for name in name_list:
        user_info_dict[name] = make_key_data()

    transaction_pool = []
    # mikoto_project -> Dog: 100MIK
    transaction_pool.append(
        make_mikoto_trasaction(user_info_dict['Dog']['public_key_str'], 100)
    )
    # Dog -> Cat: 10MIK, Dog -> Lion: 20MIK
    transaction_pool.append(
        make_thanks_transaction(
            user_info_dict['Dog']['secret_key_str'],
            user_info_dict['Dog']['public_key_str'],
            user_info_dict['Cat']['public_key_str'],
            10
        )
    )
    transaction_pool.append(
        make_thanks_transaction(
            user_info_dict['Dog']['secret_key_str'],
            user_info_dict['Dog']['public_key_str'],
            user_info_dict['Lion']['public_key_str'],
            20
        )
    )
    print('トランザクション・プール')
    pprint.pprint(transaction_pool, sort_dicts=False)

    for transaction in transaction_pool:
        # 発行したものは検証しない
        if transaction["sender"] == "mikoto_project":
            continue
        else:
            # 検証結果を表示
            print(verify_transaction(transaction))

結果、トランザクション・プール、検証結果が表示されます。

参考文献など

Satoshi Nakamoto (2008), ビットコイン：P2P 電子通貨システム, https://bitcoin.org/files/bitcoin-paper/bitcoin_jp.pdf, 論文
モヤっとデータサイエンティスト (2022), 『Python によるブロックチェーン開発教本』, 電子書籍
安田恒 (2023), 『ブロックチェーンを作る！』, 秀和システム, 書籍

以上になります！ありがとうございましたー♪