[블록체인] 파이썬으로 블록체인을 구현해보자 - 2 (Consensus)

지난 시간에 이어 이번에는 블록체인의 Consensus문제에 대해서 알아보겠습니다.

 

2022.08.27 - [블록체인] - [블록체인] 파이썬으로 블록체인을 구현해보자 - 1 (블록 생성, 트랜젝션 생성, POW, 마이닝)

[블록체인] 파이썬으로 블록체인을 구현해보자 - 1 (블록생성, 트랜젝션 생성, POW, 마이닝)

 

Consensus 문제란 분산화된 환경에서 노드들의 체인이 같아야 하는데 이 문제를 Consensus 문제라고 합니다.

우리는 분산화된 환경에서 트랜젝션과 마이닝된 블록을 가지고 있습니다.

 

· 새로운 노드 등록

Consensus 알고리즘을 구현하기 전에 이웃노드에 대해서 아는 방법이 있어야 합니다. 네트워크 상 노드들은 다른 노드들의 정보를 유지해야 합니다. endpoint를 이용하여 이를 구현합니다. 다른 노드들을 유지할 수 있도록 API를 추가합니다.

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1. /nodes/register : 새로운 노드를 등록.

2. /nodes/resolve : 올바른 체인을 가지고 있는지 확인.

 

▷ blockchain.py -> Blockchain

 

. . . 
from urllib.parse import urlparse
. . . 

class Blockchain(object):
    def __init__(self):
        ...
        self.nodes = set()
        ...

    def register_node(self, address):
        parsed_url = urlparse(address)
        self.nodes.add(parsed_url.netloc)

기존의 Blockchain 클래스에서 앞의 코드를 추가합니다. 우리는 노드 정보를 set() 타입으로 저장합니다. 즉 노드의 URL의 중복을 허용하지 않게 됩니다.

...
import requests


class Blockchain(object)
    ...
    
    def valid_chain(self, chain):

        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
            if block['previous_hash'] != self.hash(last_block):
                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):

        neighbours = self.nodes
        new_chain = None

        max_length = len(self.chain)

        for node in neighbours:
            response = requests.get('http://{%s}/chain'%(node))

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

                if length > max_length and self.valid_chain(chain):
                    max_length = length
                    new_chain = chain

        if new_chain:
            self.chain = new_chain
            return True

        return False

valid_chain()은 각각의 블록과 증명의 유효성 검사를 합니다.

resolve_conflict()는 다른 네트워크에 있는 노드들을 검사하여 길이간 긴 체인으로 교체합니다.

다음으로 서버 쪽에서 2개의 API를 추가합니다.

▷ /nodes/register : 노드 등록

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

▷ /nodes/resolve : 체인 확인

@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

해당 API는 네트워크상에 존재하는 노드들의 체인을 똑같이 유지시켜줍니다.

이제 포트 번호로 다른 노드로 가정하고 2개의 서버를 띄웠습니다. 각 서버는 서로 다른 노드를 의미합니다.

· 노드 등록

5000번 포트 노드에게 5001번 포트 노드를 등록합니다.

그럼 이제 5001번 포트 노드에게 트랜젝션을 만든 후 mine을 통해 블록을 생성해보겠습니다. 그리고 5000번 포트에서 체인을 확인해보겠습니다.

·  마이닝

5000번에게 5001번 노드를 등록했으니 5001번에서 블록을 생성해봅니다.

 

마이닝을 하기 전에 트랜젝션을 발생시킵니다.

마이닝을 통해 발생된 트랜젝션을 블록으로 만들어 체인에 붙여줍니다.

5001번 포트 노드에서 마이닝을 통하여 발생된 트랜젝션이 블록으로 잘 만들어져 체인에 붙어있습니다.

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자 그럼 5000번 포트 노드에서 해당 노드의 정보와 동기화시켜보겠습니다.

동기화하기 전 모습입니다.

/nodes/resolve API를 호출하여 등록된 노드 중에서 가장 긴 체인을 찾아 해당 체인으로 노드의 체인을 교체합니다.

5000번 포트 노드의 체인이 5001번 포트 노드 체인과 동일하게 바뀌었음을 확인할 수 있습니다.

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해당 포스팅은 다음 글을 번역한 내용이며, 일부 개인적인 생각을 포함한 곳이 있습니다.

https://hackernoon.com/learn-blockchains-by-building-one-117428612f46

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또한 다음 코드를 일부 참고했습니다.

https://github.com/hskang9/blockchain-javascript