如何用 Python 從 0 開始創建一個區塊鏈？_Blockchain

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在數字貨幣盛行的檔口，比特幣，這幣那幣到底值不值得信賴呢？也許你像很多人一樣感到新奇，想接近它，但只因背后的區塊鏈技術，阻斷了向新領域嘗試的步伐。不過，對于程序員來說，想真正搞懂比特幣，搞懂區塊鏈，可不是難題，因為他們能邊玩邊學，通過一行行Pyhton代碼，就能真正理解數字貨幣的底層秘密。能用這么有逼格的方式來學習區塊鏈的，也只有程序員了。

作者|DanielvanFlymen紐約區塊鏈工程師

譯者|熊麗兵牛娃軟件CTO

本文經授權轉自「區塊鏈大本營」

準備工作

本文要求讀者對Python有基本的理解，能讀寫基本的Python，并且需要對HTTP請求有基本的了解。

我們知道區塊鏈是由區塊的記錄構成的不可變、有序的鏈結構，記錄可以是交易、文件或任何你想要的數據，重要的是它們是通過哈希值鏈接起來的。

如果你還不是很了解哈希，可以查看這篇文章https://learncryptography.com/hash-functions/what-are-hash-functions。

環境準備

環境準備，確保已經安裝Python3.6+、pip、Flask、requests。

安裝方法：

pipinstallFlask==0.12.2requests==2.18.4

同時還需要一個HTTP客戶端，比如Postman、cURL或其它客戶端。

參考源代碼。

開始創建Blockchain

新建一個文件blockchain.py，本文所有的代碼都寫在這一個文件中，可以隨時參考源代碼。

Blockchain類

首先創建一個Blockchain類，在構造函數中創建了兩個列表，一個用于儲存區塊鏈，一個用于儲存交易。

PeckShield征求建議以確定如何發出黑客攻擊警報，大多數用戶支持其標記受影響的協議和交易:8月10日消息，PeckShield稱其檢測到黑客攻擊時發布警報可能會引起人們對黑客的關注并暴露受影響的協議，因此可能會引起爭議，發布投票向社區征求建議，以確定檢測到黑客攻擊時應如何發出警報。當前投票已結束，66.8%的用戶選擇“標記受影響的協議+tx”、18.4%的用戶選擇“Alert TG seal 911 bot”、9.9%的用戶選擇“公開黑客+tx”、4.9%的用戶選擇“僅Xeet匿名黑客”。[2023/8/10 16:18:10]

以下是Blockchain類的框架：

classBlockchain(object):def__init__(self):self.chain=self.current_transactions=defnew_block(self):Billions項目組Addsanewtransactiontothelistoftransactionspass@staticmethoddefhash(block):Billions項目組ReturnsthelastBlockinthechainpass

Blockchain類用來管理鏈條，它能存儲交易、加入新塊等，下面我們來進一步完善這些方法。

塊結構

每個區塊包含屬性：索引、Unix時間戳、交易列表、工作量證明以及前一個區塊的Hash值。

以下是一個區塊的結構：

block={'index':1,'timestamp':1506057125.900785,'transactions':,'proof':324984774000,'previous_hash':"2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"}

到這里區塊鏈的概念就清楚了，每個新的區塊都包含上一個區塊的Hash，這是關鍵的一點，它保障了區塊鏈不可變性。如果攻擊者破壞了前面的某個區塊，那么后面所有區塊的Hash都會變得不正確。不理解的話，慢慢消化，可參考{%post_linkwhatbc區塊鏈技術原理%}。

億優優創始人昀序：區塊鏈如何與金融正確聯系值得我們深思:金色財經現場報道，9月20日，由金色財經主辦，水橋區塊鏈總冠名的“共為·創業者大會”在廈門舉辦。在主題為《區塊鏈力量：創業、創新與創造》的圓桌環節，億優優創始人昀序表示，區塊鏈會改變未來，但并不是唯一改變未來的技術，區塊鏈技術會為未來的數字化社會做出一定的貢獻。區塊鏈跟金融行業正確聯系才是我們要深思的。目前區塊鏈技術還是處于萌芽狀態，各自摸索，互不兼容，也存在跨鏈的問題。從整個戰略方面來說，很多企業在五、六年之前就在布局區塊鏈技術了，只是他們沒有過重的把TOKEN與技術結合，區塊鏈需要真實用技術去展示和應用。[2020/9/20]

加入交易

接下來我們需要添加一個交易，來完善下new_transaction方法：

classBlockchain(object):...defnew_transaction(self,sender,recipient,amount):"""生成新交易信息，信息將加入到下一個待挖的區塊中:paramsender:<str>AddressoftheSender:paramrecipient:<str>AddressoftheRecipient:paramamount:<int>Amount:return:<int>TheindexoftheBlockthatwillholdthistransaction"""self.current_transactions.append({'sender':sender,'recipient':recipient,'amount':amount,})returnself.last_block+1

方法向列表中添加一個交易記錄，并返回該記錄將被添加到的區塊(下一個待挖掘的區塊)的索引，等下在用戶提交交易時會有用。

創建新塊

當Blockchain實例化后，我們需要構造一個創世塊，并且給它加上一個工作量證明。

每個區塊都需要經過工作量證明，俗稱挖礦，稍后會繼續講解。

Compound CEO ：創建治理代幣，是為讓最聰明用戶決定協議如何升級:Compound創始人兼CEO Robert Leshner在媒體直播間表示，流動性挖礦是作為一種分發代幣的方式，Compound總體上是一種自治的系統，這需要相信那些最有能力的人來決定協議的參數是什么，所以我們創建了一個治理代幣來升級協議，向協議主題添加新資產，所以我們創造這個代幣以便把它交到最聰明的用戶手中。（深鏈財經）[2020/6/24]

為了構造創世塊，我們還需要完善new_block(),new_transaction()和hash()方法：

importhashlibimportjsonfromtimeimporttimeclassBlockchain(object):def__init__(self):self.current_transactions=self.chain=Billions項目組Resetthecurrentlistoftransactionsself.current_transactions=self.chain.append(block)returnblockdefnew_transaction(self,sender,recipient,amount):"""生成新交易信息，信息將加入到下一個待挖的區塊中:paramsender:<str>AddressoftheSender:paramrecipient:<str>AddressoftheRecipient:paramamount:<int>Amount:return:<int>TheindexoftheBlockthatwillholdthistransaction"""self.current_transactions.append({'sender':sender,'recipient':recipient,'amount':amount,})returnself.last_block+1@propertydeflast_block(self):returnself.chain@staticmethoddefhash(block):"""生成塊的SHA-256hash值:paramblock:<dict>Block:return:<str>"""Billions項目組y未知whilesha256(f'{x*y}'.encode()).hexdigest()!="0":y+=1print(f'Thesolutionisy={y}')

聲音 | 賽迪智庫張凱：區塊鏈如何賦能數字經濟和實體經濟將是未來政策關注的重點:金色財經報道，賽迪智庫工業經濟研究所研究員張凱表示，當今社會是數據爆炸的時代，區塊鏈能夠幾乎零成本地解決所有因信任不足導致的問題，是數據時代隱私和安全的最佳解決方案。區塊鏈如何賦能數字經濟和實體經濟將是未來政策關注的重點，圍繞數字金融、物聯網、智能制造、供應鏈管理等，相關區塊鏈創新應用的鼓勵政策有望出臺。同時，對于區塊鏈技術應用行業亂象，相關規范政策也很有必要。張凱還表示，在產業上，隨著國家明確表態支持區塊鏈技術，各地區塊鏈產業基金投向將更加明確，支撐區塊鏈發展的基礎設施有望迎來升級，同時帶動區塊鏈在稅收、司法，不動產登記等政務領域，醫療、食品安全、公益等民生領域，供應鏈金融、保險、版權、跨境支付等商業領域迎來突破性應用落地。[2019/11/2]

結果是y=21，因為：

hash(5*21)=1253e9373e...5e3600155e860

在比特幣中，使用稱為Hashcash的工作量證明算法，它和上面的問題很類似，礦工們為了爭奪創建區塊的權利而爭相計算結果。通常，計算難度與目標字符串需要滿足的特定字符的數量成正比，礦工算出結果后，會獲得比特幣獎勵。

當然，在網絡上非常容易驗證這個結果。

實現工作量證明

讓我們來實現一個相似PoW算法，規則是：尋找一個數p，使得它與前一個區塊的proof拼接成的字符串的Hash值以4個零開頭。

importhashlibimportjsonfromtimeimporttimefromuuidimportuuid4classBlockchain(object):...defproof_of_work(self,last_proof):"""簡單的工作量證明:-查找一個p'使得hash(pp')以4個0開頭-p是上一個塊的證明,p'是當前的證明:paramlast_proof:<int>:return:<int>"""proof=0whileself.valid_proof(last_proof,proof)isFalse:proof+=1returnproof@staticmethoddefvalid_proof(last_proof,proof):"""驗證證明:是否hash(last_proof,proof)以4個0開頭?:paramlast_proof:<int>PreviousProof:paramproof:<int>CurrentProof:return:<bool>Trueifcorrect,Falseifnot."""guess=f'{last_proof}{proof}'.encode()guess_hash=hashlib.sha256(guess).hexdigest()returnguess_hash=="0000"

阿里巴巴集團首席人力官：區塊鏈能帶來無限可能 未來如何與產業結合還是未知 :在今日舉行的2018中國綠公司年會上，阿里巴巴集團首席人力官(CPO)童文紅表示，阿里巴巴與想做的百年企業來比還只是一個19歲的孩子，其實面臨著非常非常多的困難。區塊鏈、量子等技術創新帶來無限可能，未來怎樣跟產業結合，會帶來什么樣的變化，誰都無法預測，阿里也面臨著從平臺到生態的挑戰。[2018/4/23]

衡量算法復雜度的辦法是修改零開頭的個數。使用4個來用于演示，你會發現多一個零都會大大增加計算出結果所需的時間。

現在Blockchain類基本已經完成了，接下來使用HTTPrequests來進行交互。

Blockchain作為API接口

我們將使用PythonFlask框架，這是一個輕量Web應用框架，它方便將網絡請求映射到Python函數，現在我們來讓Blockchain運行在基于Flaskweb上。

我們將創建三個接口：

/transactions/new創建一個交易并添加到區塊；/mine告訴服務器去挖掘新的區塊；/chain返回整個區塊鏈。創建節點

我們的“Flask服務器”將扮演區塊鏈網絡中的一個節點，我們先添加一些框架代碼：

importhashlibimportjsonfromtextwrapimportdedentfromtimeimporttimefromuuidimportuuid4fromflaskimportFlaskclassBlockchain(object):...Billions項目組Generateagloballyuniqueaddressforthisnodenode_identifier=str(uuid4()).replace('-','')Billions項目組CheckthattherequiredfieldsareinthePOST'eddatarequired=ifnotall(kinvaluesforkinrequired):return'Missingvalues',400Billions項目組Weruntheproofofworkalgorithmtogetthenextproof...last_block=blockchain.last_blocklast_proof=last_blockproof=blockchain.proof_of_work(last_proof)Billions項目組發送者為"0"表明是新挖出的幣blockchain.new_transaction(sender="0",recipient=node_identifier,amount=1,)Billions項目組Checkthatthehashoftheblockiscorrectifblock!=self.hash(last_block):returnFalseBillions項目組We'reonlylookingforchainslongerthanoursmax_length=len(self.chain)Billions項目組Checkifthelengthislongerandthechainisvalidiflength>max_lengthandself.valid_chain(chain):max_length=lengthnew_chain=chain#Replaceourchainifwediscoveredanew,validchainlongerthanoursifnew_chain:self.chain=new_chainreturnTruereturnFalse

第一個方法valid_chain()用來檢查是否是有效鏈，遍歷每個塊驗證hash和proof。

第二個方法resolve_conflicts()用來解決沖突，遍歷所有的鄰居節點，并用上一個方法檢查鏈的有效性，如果發現有效更長鏈，就替換掉自己的鏈。

讓我們添加兩個路由，一個用來注冊節點，一個用來解決沖突。

@app.route('/nodes/register',methods=)defregister_nodes():values=request.get_json()nodes=values.get('nodes')ifnodesisNone:return"Error:Pleasesupplyavalidlistofnodes",400fornodeinnodes:blockchain.register_node(node)response={'message':'Newnodeshavebeenadded','total_nodes':list(blockchain.nodes),}returnjsonify(response),201@app.route('/nodes/resolve',methods=)defconsensus():replaced=blockchain.resolve_conflicts()ifreplaced:response={'message':'Ourchainwasreplaced','new_chain':blockchain.chain}else:response={'message':'Ourchainisauthoritative','chain':blockchain.chain}returnjsonify(response),200

你可以在不同的機器運行節點，或在一臺機機開啟不同的網絡端口來模擬多節點的網絡，這里在同一臺機器開啟不同的端口演示，在不同的終端運行以下命令，就啟動了兩個節點：http://localhost:5000和http://localhost:5001。

pipenvrunpythonblockchain.pypipenvrunpythonblockchain.py-p5001

然后在節點2上挖兩個塊，確保是更長的鏈，然后在節點1上訪問接口/nodes/resolve，這時節點1的鏈會通過共識算法被節點2的鏈取代。

好啦，你可以邀請朋友們一起來測試你的區塊鏈。

作者簡介：DanielvanFlymen，紐約區塊鏈工程師。譯者簡介：熊麗兵，牛娃軟件CTO，深入淺出區塊鏈learnblockchain.cn博主，區塊鏈大本營特邀專欄作者。擅長Java/Python/JavaScript語言，曾就職于創新工場，獵豹移動，參與開發移動應用，如安卓優化大師、清理大師等。昵稱Tiny熊，區塊鏈大本營特邀專欄作者，對底層公鏈，區塊鏈技術落地有深入研究。

本文原始鏈接https://learnblockchain.cn/2017/10/27/build_blockchain_by_python/，轉載請注明出處。

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