blockchain.py

import hashlib
import json

from time import time
from urllib.parse import urlparse
from uuid import uuid4

import requests
from flask import Flask, jsonify, request


class BlockChain(object):
    def __init__(self):
        self.chain = []
        self.current_transactions = []
        self.nodes = set()

        # generate genesis block
        self.new_block(previous_hash=1, proof=100)

    def register_node(self, address):
        """
        Add a new node to the list of nodes
        :param address: Address of node. Eg. 'http://192.168.0.5:5000'
        """

        parsed_url = urlparse(address)
        if parsed_url.netloc:
            self.nodes.add(parsed_url.netloc)
        elif parsed_url.path:
            # Accepts an URL without scheme like '192.168.0.5:5000'.
            self.nodes.add(parsed_url.path)
        else:
            raise ValueError('Invalid URL')

    def valid_chain(self, chain):
        """
        Determine if a given blockchain is valid
        :param chain: A blockchain
        :return: True if valid, False if not
        """

        last_block = chain[0]
        current_index = 1

        while current_index < len(chain):
            block = chain[current_index]
            print(f'{last_block}')
            print(f'{block}')
            print("\n-----------\n")
            # Check that the hash of the block is correct
            last_block_hash = self.hash(last_block)
            if block['previous_hash'] != last_block_hash:
                return False

            # Check that the Proof of Work is correct
            if not self.valid_proof(last_block['proof'], block['proof']):
                return False

            last_block = block
            current_index += 1

        return True

    def resolve_conflicts(self):
        """
        This is our consensus algorithm, it resolves conflicts
        by replacing our chain with the longest one in the network.
        :return: True if our chain was replaced, False if not
        """

        neighbours = self.nodes
        new_chain = None

        # We're only looking for chains longer than ours
        max_length = len(self.chain)

        # Grab and verify the chains from all the nodes in our network
        for node in neighbours:
            response = requests.get(f'http://{node}/chain')

            if response.status_code == 200:
                length = response.json()['length']
                chain = response.json()['chain']

                # Check if the length is longer and the chain is valid
                if length > max_length and self.valid_chain(chain):
                    max_length = length
                    new_chain = chain

        # Replace our chain if we discovered a new, valid chain longer than ours
        if new_chain:
            self.chain = new_chain
            return True

        return False

    # 새로운 블록을 생성하고 체인에 넣는다

    def new_block(self, proof, previous_hash):
        """
        블록체인에 들어갈 새로운 블록을 만드는 코드이다.
        index는 블록의 번호, timestamp 는 블록이 만들어진 시간, transaction 는 블록에 포함될 거래이다.
        :param proof: nonce 값으로 작업 증명에서 이 숫자보다 작게 나와야한다.
        :param previous_hash: 이전 블록의 hash 값
        :return: 생성된 블록을 반환한다.
        """
        block = {
            'index': len(self.chain) + 1,
            'timestamp': time(),
            'transaction': self.current_transactions,
            'proof': proof,
            'previous_hash': previous_hash or self.hash(self.chain[-1])
        }

        self.current_transactions = []
        self.chain.append(block)

        return block

    @staticmethod
    # 블록의 해시값을 출력한다
    def hash(block):
        """
        SHA-256을 이용하여 블록의 해시값을 구한다.
        hash 값을 만드는데 block 이 input 값으로 사용된다.
        """

        block_string = json.dumps(block, sort_keys=True).encode()
        return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()

    @property
    # 체인의 마지막 블록을 반환한다
    def last_block(self):
        return self.chain[-1]

    def new_transaction(self, sender, recipient, amount):
        """
        새로운 거래는 다음으로 채굴될 블록에 포함되게 된다. 거래는 3개의 인자로 구성되어 있다.
        :param sender: (string) 송신자의 주소로 hash 화 되어있다.
        :param recipient: (string) 수신자의 주소로 hash 화 되어있다.
        :param amount: (int) 전송되는 양
        :return: 해당 거래가 속해질 블록의 숫자
        """

        self.current_transactions.append({
            'sender': sender,
            'recipient': recipient,
            'amount': amount
        })

        return self.last_block['index'] + 1

    def proof_of_work(self, last_proof):
        """
        작업증명에 대한 간단한 설명이다:
        - p 는 이전 값, p'는 새롭게 찾아야 하는 값이다.
        - hash(pp')의 결과값이 첫 4개의 0으로 이루어질 때까지 p' 를 찾는 과정이 작업 증명과정이다.
        """

        proof = 0
        while self.valid_proof(last_proof, proof) is False:
            proof += 1

        return proof

    @staticmethod
    def valid_proof(last_proof, proof):
        """
        작업증명 결과값을 검증하는 코드로 hash(p,p') 값의 앞 4자리가 0으로 이루어져 있는가를 확인한다.
        결과값은 boolean 으로 조건을 만족하지 못하면 false 가 반환된다.
        """
        guess = f'{last_proof}{proof}'.encode()
        guess_hash =  hashlib.sha256(guess).hexdigest()
        return guess_hash[:4] == "0000"


# Instantiate our Node
app = Flask(__name__)

# Generate a globally unique address for this node
node_identifier = str(uuid4()).replace('-', '')

# Instantiate the BlockChain
blockchain = BlockChain()


@app.route('/mine', methods=['GET'])
def mine():
    # 1. PoW 계산하기
    # 2. 보상으로 채굴자에게 거래 추가 보상인 1코인 지급
    # 3. 새 블록을 체인에 추가
    # We run the PoW algorithm to get the next proof...

    last_block = blockchain.last_block
    last_proof = last_block['proof']
    proof = blockchain.proof_of_work(last_proof)

    # 블록 채굴에 대한 보상 설정
    # 송신자를 0으로 표현한 것은 블록 채굴에 대한 보상이기 때문이다.
    blockchain.new_transaction(
        sender="0",
        recipient=node_identifier,
        amount=1
    )

    # Add block to the existing chain
    previous_hash = blockchain.hash(last_block)
    block = blockchain.new_block(proof, previous_hash)

    response = {
        'message': "New Block Forged",
        'index': block['index'],
        'transactions': block['transaction'],
        'proof': block['proof'],
        'previous_hash': block['previous_hash']
    }

    return jsonify(response), 200


@app.route('/transactions/new', methods=['POST'])
def new_transaction():
    values = request.get_json()

    # 필요한 값이 모두 존재하는지 확인하는 과정
    required = ['sender', 'recipient', 'amount']
    if not all(k in values for k in required):
        return "Missing Values", 400

    # 새로운 거래 추가
    index = blockchain.new_transaction(values['sender'], values['recipient'], values['amount'])

    response = {'message': f'Transaction will be added to Block {index}'}
    return jsonify(response), 201


@app.route('/chain', methods=['GET'])
def full_chain():
    response = {
        'chain': blockchain.chain,
        'length': len(blockchain.chain)
    }

    return jsonify(response), 200


@app.route('/nodes/register', methods=['POST'])
def register_nodes():
    values = request.get_json()

    nodes = values.get('nodes')
    if nodes is None:
        return "Error: Please supply a valid list of nodes", 400

    for node in nodes:
        blockchain.register_node(node)

    response = {
        'message': 'New nodes have been added',
        'total_nodes': list(blockchain.nodes),
    }
    return jsonify(response), 201


@app.route('/nodes/resolve', methods=['GET'])
def consensus():
    replaced = blockchain.resolve_conflicts()

    if replaced:
        response = {
            'message': 'Our chain was replaced',
            'new_chain': blockchain.chain
        }
    else:
        response = {
            'message': 'Our chain is authoritative',
            'chain': blockchain.chain
        }

    return jsonify(response), 200


if __name__ == '__main__':
    app.run(host='0.0.0.0', port=8082, debug=True)