如何用 Python 從 0 開始創建一個區塊鏈？_Blockchain:區塊鏈技術發展現狀和趨勢blockchaintechnology

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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。

復旦大學教授許多奇：當今國際社會首當其沖的問題是如何判定數字貨幣法律性質:日前在金融法治菁英論壇上，復旦大學法學院教授許多奇表示，如何監管加密數字貨幣是當今國際社會普遍關注的問題，而首當其沖的問題是加密數字貨幣的法律性質判定問題，司法機關有關加密數字貨幣屬性的判定能否成為實現有效監管的基礎？在眾多司法轄區的多種監管思路中我們應作何種選擇？對于這些問題的思考和深入研究對于實現對加密數字貨幣的有效監管大有裨益。（中國貿易報）[2020/4/29]

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%}。

大咖零距離 | 開倉到平倉：合約趨勢交易的幾個關鍵環節如何把握？:2月6日18:00，金色盤面邀請實盤大V Homily做客金色財經《大咖零距離》直播間，將分享《開倉到平倉：合約趨勢交易的幾個關鍵環節如何把握》，敬請關注，欲進群觀看直播掃描海報二維碼報名即可！[2020/2/6]

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。

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}')

動態 | 英國信息專員辦公室對Facebook發出如何保護個人數據的質詢函:據路透社報道，英國信息專員辦公室周一表示，其已經向Facebook和其他28家Libra項目背后的公司發送了一份聲明，要求他們提供有關如何根據與項目相關的數據保護法處理客戶個人數據的詳細信息。其同時呼吁，世界各地同行對Facebook提出的天秤幣采取更多開放態度。目Facebook沒有立即對其進行回復。[2019/8/6]

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"

動態 | 社科院法學所刊文《對“去中心化”的區塊鏈如何監管》:中國社科院法學所趙磊在《經濟參考報》發表題為《對“去中心化”的區塊鏈如何監管》的文章。文章指出，對區塊鏈技術的監管，應該分為兩個層面：一是結合區塊鏈技術的具體應用場景，分行業進行監管；另一是針對區塊鏈，制定專門的技術標準，以實現區塊鏈技術的規范、統一。而判斷某種商業活動或者社會管理活動是否可以應用區塊鏈，至少應該從以下兩方面進行衡量：一方面是區塊鏈技術只能在虛擬空間中應用；另一方面是區塊鏈技術無論在何種場景中應用，必須符合其去中心化、共識機制與分布式記賬等技術特征。[2019/1/10]

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

聲音 | 救助兒童會Paul Ronalds：慈善機構領導者也應去了解區塊鏈等技術如何運作:根據Coincryptorama消息，救助兒童會首席執行官Paul Ronalds在關于區塊鏈對慈善事業的潛在影響的小組討論后表示，慈善機構對區塊鏈的使用還處于初期階段”，要在其潛力被夸大之前需要進行更多的討論和研究。慈善機構面臨的主要障礙之一是，當涉及區塊鏈這種存儲數據的方法時，行業領導者并不能很好理解，我們需要確保慈善機構領導者同樣參與、了解數字世界以及如何運作區塊鏈等技術，來幫助他們的做好慈善事業。[2018/9/3]

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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