Python区块链仿真开发包

1、开发包概述

simwiz.py是一个用于区块链仿真系统开发的Python包，适合快速实现共识 算法的仿真，或者进行大规模区块链网络的实验，例如物联网+区块链系统等。

simwiz.py区块链仿真开发包的主要特点如下：

• 基于离散事件仿真机制，可以单机模拟包含大量节点的区块链网络
• 内置仿真网络和区块链数据结构，可快速进行共识算法和区块链网络的仿真实验
• 简洁的API接口，非常容易上手，便于二次开发

simwiz.py运行在Python 3.x环境下，当前版本1.0.0，主要类及关系如下图所示：

simwiz.py的主要代码文件如下：

2、使用演示程序

在终端进入simwiz.py开发包目录，执行如下命令运行内置的演示程序:

~$ cd simwiz.py
~/simwiz.py$ python3 demo.py

演示程序中，4个节点构成的区块链网络会定期输出其内部区块链构成， 结果如下：

可以看到各节点（0 ~ 3）在每个出块周期（1 ~ 7）都通过共识算法保持了区块链数据的一致。

3、启动仿真区块链

使用Simulation类来创建仿真实例，并调用其run()方法启动仿真。 例如，下面的代码创建一个包含4个默认节点的区块链网络的仿真对象， 并执行1000毫秒的仿真：

from simwiz import *                                    # 引入simwiz包  

minters = 4
nodes = [                                               # 创建4个节点
  BlockchainNode(interval=100,minters=minters) 
  for i in range(minters)
]  
net = Network(nodes)                                    # 4个节点组网 
sim = Simulation(net)                                   # 创建仿真对象 

sim.run(1000)                                           # 仿真1秒钟

4、自定义共识算法的实现

simwiz.py开发包内置的BlockchainNode类采用的共识算法类似于DPOS，即根据时间槽来 决定当前的出块节点。可以通过继承BlockchainNode并重写其on_timer方法与on_message方法， 实现自定义的共识算法。例如，让每个节点按预设的概率出块：

from simwiz import *
import random

class PoxNode(BlockchainNode):
  def __init__(self,prob,interval,minters):
    super.__init__(interval,minters)
    self.prob = prob                                    # 当前节点的出块概率

  def on_timer(self,sim):
    if random.random() < self.prob:
      block = self.blockchain.create_next_block()       # 出块
      msg = pojo({                                      # 创建区块消息
        'type': 'block',
        'payload': block
      })
      sim.broadcast(self,msg)                           # 广播区块消息

  def on_message(self,sim,message):
    if message.type == 'block':                 
      self.blockchain.commit_block(message.payload)     # 提交收到的区块
    if message.type == 'transaction':
      self.blockchain.cache_tx(message.payload)         # 暂存收到的交易

按概率出块的区块链共识算法都可以采用这个PoxNode模型来仿真，例如 PoW（工作量证明）共识算法，每个节点的出块概率是与节点算力相对应的， 即：节点出块概率 = 节点算力 / 全网算力。

下面的代码利用PoxNode来仿真一个包含100个节点的PoW网络：

miners = 100                                            # 100个挖矿节点
prob = 0.01                                             # 按均匀分布采样每个节点的出块概率
interval = 100                                          # 出块周期设置为100毫秒
nodes = [                                               # 创建节点对象
  PoxNode(prob,interval,miners) 
  for i in range(100) 
]
sim = Simulation(Network(nodes))                        # 创建仿真对象  
sim.run(10000)                                          # 执行10秒的仿真