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Une blockchain, est une technologie de stockage et de transmission d'informations sans organe de contrôle. Comme pour le réseau internet devant fonctionner de façon décentralisée, la blockchain distribue ses données en divers point tout en garantissant leur authenticité.

Contrairement à la base de données classique, sur un serveur, sous le contrôle d'un propriétaire, dans le cas d'une blockchain, tous les participants possèdent une copie de la chaîne et l'algorithme permet d'obtenir un consensus pour toute modification.

L'ensemble des participants à la blockchain doivent maintenir la fiabilité même en cas de défaillance ou de piratage sur part minoritaire des participants. La solution à ce problème est la preuve de travail. Il s'agit d'un problème mathématique dont la solution permet de vérifier que le mineur a bien réalisé un travail. La résolution de la preuve nécessite une puissance de calcul élevée. Les mineurs fournissent cette puissance et doivent prouver leur travail.

Une transaction est une opération consistant à modifier l'état de la chaîne, c'est à dire à ajouter des données.

Les transactions enregistrées sont regroupées en blocs. Quand un bloc est créé, les mineurs analyse l'historique complet de la chaîne. Si le bloc est valide, il est horodaté et ajouté à la chaîne.

Un bloc contient :

• des transactions
• une somme de contrôle – empreinte, hachage
• la somme de contrôle du bloc précédent
• une mesure de la quantité de travail qui a été nécessaire pour produire le bloc

Nous allons faire l'implémentation d'une chaîne représentant l'évolution des comptes d'un certain nombre d'utilisateurs. Pour faire plus simple, les utilisateurs seront connus dès le début.

Chaque utilisateur aura :

• un nom,
• un compte en unité de la monnaie de la blockchain,
• une paire de clés Kpu, Kpr.

La blockchain ne connaît que le clé publique Kpu de chaque utilisateur. Les utilisateurs doivent conserver secrètement leur clé privée Kpr.

Les seules transactions envisagées sont des transaction ou un utilisateur A donne à un utilisateur B une quantité de monnaie.

Pour implémenter un bloc, vous pouvez par exemple utiliser une classe Block.

Un objet Block devra, pour être créé, recevoir :

• empreinte, hachage du bloc précédent,
• un tableau contenant les informations nécessaires.

On doit distinguer deux situations :

• le bloc initial contenant les informations sur les utilisateurs et servant d'amorce à la chaîne,
• les blocs suivants contenant les échanges.

Comme ce bloc n'a pas de bloc avant lui, et donc pas d'empreinte de bloc précédent, on peut le créer en lui fournissant "0" à la place de l'empreinte du bloc précédent.

Les informations qu'on lui donne on la forme (nom, compte, Kpu). La clé, suivant le protocole RSA, est en deux morceaux. Par exemple :

[
  ("Paul", 45, 11758971846281690449, 65537),   # Kpr = (11758971846281690449, 3602673231362159633)
  ("Judith", 92, 16218573123863373407, 65537), # Kpr = (16218573123863373407, 6385025328607971353)
  ("Michel", 52, 15421843742480106653, 65537), # Kpr = (15421843742480106653, 1380358199906286977)
  ("Laure", 39, 11452260091047556889, 65537),  # Kpr = (11452260091047556889, 32502561540434945)
]

Les blocs ordinaires recevront l'empreinte (hachage) du bloc précédent et les informations de transaction.

Pour simplifier, on supposera qu'il n'y a qu'une transaction dans un tel bloc. Une transaction prend la forme suivante :

("Paul", "Judith", 5),

Le bloc s'achève avec l'empreinte (hachage) de l'ensemble des informations qu'il contient :

• empreinte du bloc précédent,
• données (initialisation pour le bloc 0 et transaction pour les autres)

Pour le hachage, on pourra utiliser le module hashlib

import hashlib # module de fonctions de hachage

# exemple de hachage d'une donnée de type bytes
b = "tralala".encode('utf8')
h = hashlib.sha256(b)
# on peut produire une écriture hexadécimale de h
h_hex = h.hexdigest()
# on produire un écriture en bytes
h_bytes = h.digest()

Il peut être intéressant de sauvegarder un bloc sous forme d'un fichier. On pourra par exemple sauvegarder un bloc sous cette forme :

empreinte du bloc précédent en format hexdigest
chaque ligne de donnée avec séparateur ;
empreinte du bloc en format hexdigest

Il faudrait donc aussi prévoir de créer un bloc à partir d'un tel fichier.

Créons une classe BlockChain.

Un objet Blockchain est initialisé avec les données des utilisateurs qui permettent de créer un bloc initial. Dès la création de la chaîne on crée donc ce premier bloc.

La classe BlockChain devra également prévoir des méthodes pour :

• ajouter un bloc : on donne une transaction, BlockChain utilise l'empreinte de son dernier bloc pour créer un nouveau bloc.
• lire l'ensemble de la chaîne pour calculer les comptes de chaque utilisateur.
  Par exemple, Paul commence à 45 et Judith à 92. Après l'échange où Paul donne 5 à Judith, Paul aura 40 et Judith 97.

Dans la transaction ("Paul", "Judith", 5) comment être certain que c'est bien Paul qui a émis cette demande ? Pour cela nous allons utiliser le concept de signature.

Quand l'utilisateur crée une demande D = (source, cible, montant), il doit :

• calculer z = h(D) ou h est une fonction de hachage,
• chiffrer z en utilisant sa clé Kpr, soit S le résultat,
• fournir S, la signature, à la suite de D.

b"\x12\xd1\xcc\x8b'\x16O\xdcD\x0b\xde\x81\x904\x7f\xe0HD\x89\xbf\x9e\x04\xe7\x1f,\xd6\xed\xf1\x82\x91\r\xd4\x93\xc0,h\xbf\x01\xfau*)\x7f\xa3L5\x8djE\x1d\xef\xfcw\xdf9\xb3"

Pour vérifier la signature, on doit :

• calculer z = h(D),
• déchiffrer S en utilisant la clé Kpu associée à la source indiquée dans D,
• vérifier que z est bien égal au résultat du déchiffrement.

La signature permet de s'assurer que l'émetteur de la demande est bien le propriétaire de la clé privée liée à Kpu. Puisque la chaîne connaît les Kpu de tous les utilisateurs, on est sûr du propriétaire.

Lors de l'ajout d'un bloc, il va falloir prévoir une étape de vérification. Pour chaque transaction :

• vérifier que la signature,
• vérifier que la demande est valide compte-tenu des comptes en l'état actuel de la chaîne
  Ne pas autoriser Paul à donner 5 s'il ne possède que 3.

Il serait intéressant de prévoir la sauvegarde de la chaîne. Chaque bloc serait sauvegardé dans un fichier séparé et nommé avec un nom comme 1.bc pour le bloc de rang 1.

Il faudrait alors prévoir de recréer la chaîne à partir de cette sauvegarde.