区块链:如何用 Python 从 0 开始创建一个区块链？_Blockchain

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在数字货币盛行的档口，比特币，这币那币到底值不值得信赖呢？也许你像很多人一样感到新奇，想接近它，但只因背后的区块链技术，阻断了向新领域尝试的步伐。不过，对于程序员来说，想真正搞懂比特币，搞懂区块链，可不是难题，因为他们能边玩边学，通过一行行Pyhton代码，就能真正理解数字货币的底层秘密。能用这么有逼格的方式来学习区块链的，也只有程序员了。

作者|DanielvanFlymen纽约区块链工程师

译者|熊丽兵牛娃软件CTO

本文经授权转自「区块链大本营」

准备工作

本文要求读者对Python有基本的理解，能读写基本的Python，并且需要对HTTP请求有基本的了解。

我们知道区块链是由区块的记录构成的不可变、有序的链结构，记录可以是交易、文件或任何你想要的数据，重要的是它们是通过哈希值链接起来的。

如果你还不是很了解哈希，可以查看这篇文章https://learncryptography.com/hash-functions/what-are-hash-functions。

环境准备

环境准备，确保已经安装Python3.6+、pip、Flask、requests。

安装方法：

pipinstallFlask==0.12.2requests==2.18.4

同时还需要一个HTTP客户端，比如Postman、cURL或其它客户端。

参考源代码。

开始创建Blockchain

新建一个文件blockchain.py，本文所有的代码都写在这一个文件中，可以随时参考源代码。

Blockchain类

首先创建一个Blockchain类，在构造函数中创建了两个列表，一个用于储存区块链，一个用于储存交易。

美众议员：将继续就如何将数字资产纳入监管框架与金融服务委员会进行对话:金色财经报道，美国众议员Don Beyer（非委员会成员）发表了一份声明，赞赏了金融服务委员会今天举行的听证会，并提到了他关于加密货币监管的法案。他说：“我的全面数字资产立法是针对这些努力的绝佳起点。我期待与主席Maxine Waters和委员会其他成员继续就国会如何将数字资产纳入监管框架进行对话，这是行业和监管机构一直以来越来越强调的需求。[2021/12/9 13:00:06]

以下是Blockchain类的框架：

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

Blockchain类用来管理链条，它能存储交易、加入新块等，下面我们来进一步完善这些方法。

块结构

每个区块包含属性：索引、Unix时间戳、交易列表、工作量证明以及前一个区块的Hash值。

以下是一个区块的结构：

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

到这里区块链的概念就清楚了，每个新的区块都包含上一个区块的Hash，这是关键的一点，它保障了区块链不可变性。如果攻击者破坏了前面的某个区块，那么后面所有区块的Hash都会变得不正确。不理解的话，慢慢消化，可参考{%post_linkwhatbc区块链技术原理%}。

直播｜Philip Gradwell：如何知道新一轮牛市是否到来:金色财经 · 直播主办的金点Trend《以太坊之外的DeFi，香吗？ 》马上开始！16:30准时开播！本场嘉宾来自Chainalysis的首席经济分析师分享“如何知道新一轮牛市是否到来”，请扫码移步收听！[2020/8/28]

加入交易

接下来我们需要添加一个交易，来完善下new_transaction方法：

classBlockchain(object):...defnew_transaction(self,sender,recipient,amount):"""生成新交易信息，信息将加入到下一个待挖的区块中: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个交易记录，并返回该记录将被添加到的区块(下一个待挖掘的区块)的索引，等下在用户提交交易时会有用。

创建新块

当Blockchain实例化后，我们需要构造一个创世块，并且给它加上一个工作量证明。

每个区块都需要经过工作量证明，俗称挖矿，稍后会继续讲解。

为了构造创世块，我们还需要完善new_block(),new_transaction()和hash()方法：

importhashlibimportjsonfromtimeimporttimeclassBlockchain(object):def__init__(self):self.current_transactions=self.chain=Billions项目组Resetthecurrentlistoftransactionsself.current_transactions=self.chain.append(block)returnblockdefnew_transaction(self,sender,recipient,amount):"""生成新交易信息，信息将加入到下一个待挖的区块中: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):"""生成块的SHA-256hash值:paramblock:<dict>Block:return:<str>"""Billions项目组y未知whilesha256(f'{x*y}'.encode()).hexdigest()!="0":y+=1print(f'Thesolutionisy={y}')

声音 | 北京商报：如何把区块链等与金融业务进行融合是关键:8月28日，北京商报发布了题为《持牌机构怎么变：破体制禁锢 走独立之路 》的文章，对央行《金融科技（FinTech）发展规划（2019-2021年）》进行了解读。文章称，在分析人士看来，场景化是金融科技发展的一个重要趋势，因为只有嫁接到具体场景，才能让金融科技更好地服务于实体经济，降低风险发生的可能，而如何把AI、大数据、云计算、区块链等技术与金融业务进行合理而深度的融合是关键。[2019/8/28]

结果是y=21，因为：

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

在比特币中，使用称为Hashcash的工作量证明算法，它和上面的问题很类似，矿工们为了争夺创建区块的权利而争相计算结果。通常，计算难度与目标字符串需要满足的特定字符的数量成正比，矿工算出结果后，会获得比特币奖励。

当然，在网络上非常容易验证这个结果。

实现工作量证明

让我们来实现一个相似PoW算法，规则是：寻找一个数p，使得它与前一个区块的proof拼接成的字符串的Hash值以4个零开头。

importhashlibimportjsonfromtimeimporttimefromuuidimportuuid4classBlockchain(object):...defproof_of_work(self,last_proof):"""简单的工作量证明:-查找一个p'使得hash(pp')以4个0开头-p是上一个块的证明,p'是当前的证明:paramlast_proof:<int>:return:<int>"""proof=0whileself.valid_proof(last_proof,proof)isFalse:proof+=1returnproof@staticmethoddefvalid_proof(last_proof,proof):"""验证证明:是否hash(last_proof,proof)以4个0开头?: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"

动态 | Coinbase试验如何让用户更好地控制个人信息:据coindesk消息，Coinbase正在试验如何让用户更好地控制他们的个人信息。Coinbase身份团队的产品经理B Byrne表示：“正在创建依赖于Coinbase产品（如其移动钱包）与dapp资源管理器之间的桥梁。我正在观察dapps，哪些客户正在使用哪些dapps。这可能是一个很好的指标，表明我们的客户希望在链上开展哪些类型的活动。”[2018/12/6]

衡量算法复杂度的办法是修改零开头的个数。使用4个来用于演示，你会发现多一个零都会大大增加计算出结果所需的时间。

现在Blockchain类基本已经完成了，接下来使用HTTPrequests来进行交互。

Blockchain作为API接口

我们将使用PythonFlask框架，这是一个轻量Web应用框架，它方便将网络请求映射到Python函数，现在我们来让Blockchain运行在基于Flaskweb上。

我们将创建三个接口：

/transactions/new创建一个交易并添加到区块；/mine告诉服务器去挖掘新的区块；/chain返回整个区块链。创建节点

我们的“Flask服务器”将扮演区块链网络中的一个节点，我们先添加一些框架代码：

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

声音 | 肖磊：区块链监管如何“去糟粕而留精华”存在挑战:据腾讯科技报道，肖磊发表专栏文章称，虚拟币市场有其特殊性，这可能会给监管带来一定的挑战和困扰。由于虚拟币这个概念，实际上来自于其底层技术“区块链”，如果站在监管层的角度，其中一个考虑是，去糟粕而留精华，把炒作虚拟币这个糟粕去掉，而留下“区块链”这个精华，这个可能会存在很大的挑战。[2018/8/23]

第一个方法valid_chain()用来检查是否是有效链，遍历每个块验证hash和proof。

第二个方法resolve_conflicts()用来解决冲突，遍历所有的邻居节点，并用上一个方法检查链的有效性，如果发现有效更长链，就替换掉自己的链。

让我们添加两个路由，一个用来注册节点，一个用来解决冲突。

@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

你可以在不同的机器运行节点，或在一台机机开启不同的网络端口来模拟多节点的网络，这里在同一台机器开启不同的端口演示，在不同的终端运行以下命令，就启动了两个节点：http://localhost:5000和http://localhost:5001。

pipenvrunpythonblockchain.pypipenvrunpythonblockchain.py-p5001

然后在节点2上挖两个块，确保是更长的链，然后在节点1上访问接口/nodes/resolve，这时节点1的链会通过共识算法被节点2的链取代。

好啦，你可以邀请朋友们一起来测试你的区块链。

作者简介：DanielvanFlymen，纽约区块链工程师。译者简介：熊丽兵，牛娃软件CTO，深入浅出区块链learnblockchain.cn博主，区块链大本营特邀专栏作者。擅长Java/Python/JavaScript语言，曾就职于创新工场，猎豹移动，参与开发移动应用，如安卓优化大师、清理大师等。昵称Tiny熊，区块链大本营特邀专栏作者，对底层公链，区块链技术落地有深入研究。

本文原始链接https://learnblockchain.cn/2017/10/27/build_blockchain_by_python/，转载请注明出处。

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