目次
- 二回目：保存や改ざんチェック機能追加／Pythonサンプル
- 保存や改ざんチェック機能を追加する
- MyBlockChain二回目ソース全文
- テスト用JSONファイルで実行してみる
- 改ざんチェックをテストする
- 第一回目と第三回目の記事へのリンク
二回目：保存や改ざんチェック機能追加／Pythonサンプル
ブロックチェーンの勉強に、ブロックチェーンをpythonで実装する第二回目です。
一回目で作成した骨格をベースにします。
保存や改ざんチェック機能を追加する
ここに、保存や改ざんチェック機能を付け加えます。
一回目の実装では、クラス生成時に空の「chain」を初期化して、毎回一からブロックチェインを形成して表示するだけでしたので、ここに。
- 構築したブロックチェーンのトランザクションとハッシュをJSONで保存する。
- 保存したJSONファイルから読み込んでブロックチェーンを展開する。
- ファイルから読み込む時に改ざんチェックし、改ざんを発見したら処理を止める
あたりを追加していきます。
今回は１つずつ、個別処理単位の整理からやっていきます。
実装ポイント１：構築したブロックチェーンをJSONで保存
該当部分のソースはこんな感じにしました。
def save(self, outfile="chain00.json"): save_arr = [] for i, x in enumerate(self.chain): if i > 0: save_dic = {} save_dic['id'] = x['block_index'] save_dic['hash'] = x['block_header']['tran_hash'] save_dic['input'] = x['tran_body']['input'] save_dic['output'] = x['tran_body']['output'] save_arr.append(save_dic) fw = open(outfile, 'w') json.dump(save_arr, fw, indent=2)
構築したブロックチェーンをそのままJSONに出力しているわけではありません。
MyBlockChainで構築するブロックの構造はこんな感じです。
block = {
'block_index': ブロックID,
'block_time': ブロック作成時刻,
'block_header': {
'prev_hash': 前のブロックから引き継いだハッシュ値,
'tran_hash': このブロックのトランザクションから計算したハッシュ値,
},
'tran_counter': トランザクション（tran_body）に含まれるデータ数,
'tran_body': トランザクションデータ（入力・出力）,
}
JSONファイルには、その一部（トランザクションデータとハッシュ値とID）だけ出力しています。
かつ、先頭ブロックは出力しない（if i>0)ようにしてます。
こうしている理由は読み込み時のチェックのところで整理します。
実装ポイント２：JSONファイルからブロックチェーンを展開
前の処理で保存したJSONファイルを読み込んで、マイブロックチェーンを再構築する処理です。
該当部分のソースはこんな感じです。
def __init__(self, loadfile="chain00.json"): self.chain = [] self.testkey = "a6cfb4c140cf8cf2b281d5538961cdcfaca30a464befc02bf5af3bc7397cd4d7" # 最初のブロックだけは固定で作る self.add_new_block(0, {'747bc42088cf0b3915982af289189e8f': 0}, { '14d3325a7d594bc2d30a7014a536cb13': 0}, self.testkey) try: with open(loadfile, "r") as fr: loadblocks = json.load(fr) for bck in loadblocks: isOK = self.add_new_block( bck['id'], bck['input'], bck['output'], bck['hash']) if not isOK: print("ブロック構築を異常終了します。") break except BaseException: pass
補足します。
第一ブロックはファイルに出力せず、固定で生成して、ファイルから読み込んだブロックは２ブロック目以降に順次読み込みます。
ファイルの改ざん防止＋間違ったファイルを読み込むミスの防止策です。
第一ブロックのハッシュはプログラム内で生成され、ファイルから読み込んだトランザクションのハッシュと組合せて、ハッシュを再計算します。
それがファイルから読み込んだハッシュ値と一致しなければ「間違ったファイル」または「改ざんされたファイル」と判断する・・というわけです。
実装ポイント３：ファイルから読み込む時に改ざんチェック
前段で「ファイルから読み込む最初のブロック」の判定をしてます。
こちらは、その判定を潜り抜けた後のブロックの改ざんチェックを行う部分です。
該当部分のソースです。
def add_new_block(self, id, inp, outp, check_hash):
# トランザクションを生成する
new_transaction = self.__create_new_transaction(inp, outp)
# 前のブロックのハッシュを取得。最初だけ固定値
if len(self.chain) > 0:
prev_hash = self.chain[-1]['block_header']['tran_hash']
else:
prev_hash = "747bc42088cf0b3915982af289189e8f14d3325a7d594bc2d30a7014a536cb13"
check_ok = False
# このブロックのハッシュ値を計算する
tran_hash = self.__hash(
prev_hash + self.__calc_tran_hash(new_transaction))
# テストデータを作るための認証キーをとりあえず固定にしておく
if check_hash == self.testkey:
check_ok = True
else:
if check_hash == tran_hash:
check_ok = True
if check_ok:
# トランザクションを元にブロックを生成して、チェーンに接続する
new_block = {
'block_index': len(self.chain) + 1,
'block_time': dt.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'),
'block_header': {
'prev_hash': prev_hash,
'tran_hash': tran_hash,
},
'tran_counter': len(inp) + len(outp),
'tran_body': new_transaction,
}
self.chain.append(new_block)
else:
print("要注意「", id, "」のトランザクションで改ざんの疑いがあります。!")
return False
return True
やってることはたいしたことありません。
JSONファイルのトランザクションハッシュを引数でうけとって、ブロック追加時に計算したハッシュと比較して、一致しないとエラーにしているだけです。
MyBlockChain二回目ソース全文
前回のMyBlockChainに保存・読み込み・改ざんチェックを付け加えました。
暗号通貨とかで利用されているブロックチェーンのような「ブロック追加時のマイニング手順」を実装しない、シンプルなブロックチェーンとなってます。
ソース全文です。
import datetime as dt import json import hashlib class MyBlockChain(object): # ブロックチェーンを初期化する def __init__(self, loadfile="chain00.json"): self.chain = [] # テストデータ作成用キー（固定） self.testkey = "a6cfb4c140cf8cf2b281d5538961cdcfaca30a464befc02bf5af3bc7397cd4d7" # 最初のブロックだけは固定で作る self.add_new_block(0, {'747bc42088cf0b3915982af289189e8f': 0}, { '14d3325a7d594bc2d30a7014a536cb13': 0}, self.testkey) # JSONファイルからブロックデータを読み込んで、チェインに追加する try: with open(loadfile, "r") as fr: loadblocks = json.load(fr) for bck in loadblocks: isOK = self.add_new_block( bck['id'], bck['input'], bck['output'], bck['hash']) if not isOK: print("ブロック構築を異常終了します。") break except BaseException: pass # 新しいブロックを作成する def add_new_block(self, id, inp, outp, check_hash): # トランザクションを生成する new_transaction = self.__create_new_transaction(inp, outp) # 前のブロックのハッシュを取得。最初だけ固定値 if len(self.chain) > 0: prev_hash = self.chain[-1]['block_header']['tran_hash'] else: prev_hash = "747bc42088cf0b3915982af289189e8f14d3325a7d594bc2d30a7014a536cb13" check_ok = False # このブロックのハッシュ値を計算する tran_hash = self.__hash( prev_hash + self.__calc_tran_hash(new_transaction)) # テストデータを作るためのとりあえず処理 if check_hash == self.testkey: check_ok = True else: # JSONファイルから読み込んだブロックの検査 if check_hash == tran_hash: check_ok = True if check_ok: # トランザクションを元にブロックを生成して、チェーンに接続する new_block = { 'block_index': len(self.chain) + 1, 'block_time': dt.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S'), 'block_header': { 'prev_hash': prev_hash, 'tran_hash': tran_hash, }, 'tran_counter': len(inp) + len(outp), 'tran_body': new_transaction, } self.chain.append(new_block) else: print("要注意「", id, "」のトランザクションで改ざんの疑いがあります。!") return False return True # 新しいトランザクションを生成する def __create_new_transaction(self, inp, outp): new_transaction = { 'input': inp, 'output': outp, } return new_transaction # ハッシュ値を計算する。SortをTrueにしているのはハッシュの整合性維持のため def __calc_tran_hash(self, new_transaction): tran_string = json.dumps(new_transaction, sort_keys=True).encode() return self.__hash(tran_string) # ハッシュ計算内部関数 def __hash(self, str_seed): return hashlib.sha256(str(str_seed).encode()).hexdigest() # JSONファイルにブロックチェインの主要要素のみを保存する def save(self, outfile="chain00.json"): save_arr = [] for i, x in enumerate(self.chain): if i > 0: save_dic = {} save_dic['id'] = x['block_index'] save_dic['hash'] = x['block_header']['tran_hash'] save_dic['input'] = x['tran_body']['input'] save_dic['output'] = x['tran_body']['output'] save_arr.append(save_dic) fw = open(outfile, 'w') json.dump(save_arr, fw, indent=2) # ブロックの内容を表示する def dump(self, block_index=0): if(block_index == 0): print(json.dumps(self.chain, sort_keys=False, indent=2)) else: print( json.dumps( self.chain[block_index], sort_keys=False, indent=2)) # テスト用のブロックを強制的に作るためのテストキーを返す def get_testkey(self): return str(self.testkey)
前回のクラスに上記で説明した部分を加えただけなので、補足説明はありません。
テスト用JSONファイルで実行してみる
テスト用に以下のJSONファイルを用意します。
[
{
"id": 2,
"hash": "f31daf4fa73faa5d890cbc0d8ad285ec6dcddf64c0236fc726124e922552126b",
"input": {
"Y3XNSHTT": 12345
},
"output": {
"X2VBASDD": 10000,
"Z45UHRKL": 2345
}
},
{
"id": 3,
"hash": "7eca4ab3c0dd2b825d7c7568f324f3f7a7b4d883e6c9e85d5028bfcb825b470c",
"input": {
"X2VBASDD": 22345
},
"output": {
"Y3XNSHTT": 10000,
"Z45UHRKL": 12345
}
},
{
"id": 4,
"hash": "e582060c816f5930fc9874f7a8f18eeb25ccf053d40a84d2a2bb088c64cc9f1a",
"input": {
"Z45UHRKL": 23450
},
"output": {
"Y3XNSHTT": 13000,
"X2VBASDD": 10450
}
}
]
これを「chain00.json」のファイル名でPythonスクリプトと同じフォルダにおきます。
実行するソースは2行だけ。
bc = MyBlockChain()
bc.dump()
これを実行すると、以下のような結果を表示します。
[
{
"block_index": 1,
"block_time": "2020-02-08 18:14:06",
"block_header": {
"prev_hash": "747bc42088cf0b3915982af289189e8f14d3325a7d594bc2d30a7014a536cb13",
"tran_hash": "ec3400824e188b13a5ca7821d180fe4084e120fd02a6d0e14e6848ae070b29c8"
},
"tran_counter": 2,
"tran_body": {
"input": {
"747bc42088cf0b3915982af289189e8f": 0
},
"output": {
"14d3325a7d594bc2d30a7014a536cb13": 0
}
}
},
{
"block_index": 2,
"block_time": "2020-02-08 18:14:06",
"block_header": {
"prev_hash": "ec3400824e188b13a5ca7821d180fe4084e120fd02a6d0e14e6848ae070b29c8",
"tran_hash": "f31daf4fa73faa5d890cbc0d8ad285ec6dcddf64c0236fc726124e922552126b"
},
"tran_counter": 3,
"tran_body": {
"input": {
"Y3XNSHTT": 12345
},
"output": {
"X2VBASDD": 10000,
"Z45UHRKL": 2345
}
}
},
{
"block_index": 3,
"block_time": "2020-02-08 18:14:06",
"block_header": {
"prev_hash": "f31daf4fa73faa5d890cbc0d8ad285ec6dcddf64c0236fc726124e922552126b",
"tran_hash": "7eca4ab3c0dd2b825d7c7568f324f3f7a7b4d883e6c9e85d5028bfcb825b470c"
},
"tran_counter": 3,
"tran_body": {
"input": {
"X2VBASDD": 22345
},
"output": {
"Y3XNSHTT": 10000,
"Z45UHRKL": 12345
}
}
},
{
"block_index": 4,
"block_time": "2020-02-08 18:14:06",
"block_header": {
"prev_hash": "7eca4ab3c0dd2b825d7c7568f324f3f7a7b4d883e6c9e85d5028bfcb825b470c",
"tran_hash": "e582060c816f5930fc9874f7a8f18eeb25ccf053d40a84d2a2bb088c64cc9f1a"
},
"tran_counter": 3,
"tran_body": {
"input": {
"Z45UHRKL": 23450
},
"output": {
"Y3XNSHTT": 13000,
"X2VBASDD": 10450
}
}
}
]
ちゃんとJSONファイルを読み込んでます。
改ざんチェックをテストする
今度はJSONファイルの一部を改ざんしてみます。
ブロックの最後の
"X2VBASDD": 10450
であるところを
"X2VBASDD": 10451
と数字を1だけ変更してみます。
これで実行すると・・。
要注意「 4 」のトランザクションで改ざんの疑いがあります。!
ブロック構築を異常終了します。
おお・・、ちゃんと検知しました。
OKじゃないでしょうか。
第一回目と第三回目の記事へのリンク
今回はこんなところで。
ではでは。
