区块链:如何用 Python 快速开发一个区块链数据结构？_区块链存证怎么弄

作者|arjunaskykok

整理|Aholiab

出品|区块链大本营

根据IEEE此前的一项调查，Python已成为最受开发者欢迎的语言之一。由于其对于技术小白天然友好的特性，以及不断更新的新功能。Python越来越受到国内外开发者的喜爱。越来越多被用于独立、大型项目的开发开始使用Python。

20世纪90年代初荷兰人GuidovanRossum为了打发圣诞节的无趣，决心开发一个新的脚本解释程序，作为ABC语言的一种继承。

之所以选中Python作为该编程语言的名字，是取自英国20世纪70年代首播的电视喜剧《蒙提.派森的飞行马戏团》。

Peter Schiff：无论其他风险资产走向如何，比特币都会下跌:7月21日消息，黄金支持者、比特币反对人士Peter Schiff在最近的一条推文中表示，30000美元现在已经变成了比特币的阻力。周一，其他风险资产被抛售，比特币被抛售得更多；周二，随着风险资产反弹，比特币再次下跌。无论其他风险资产走向如何，比特币都会下跌。（U.today）[2021/7/21 1:07:17]

对于区块链开发者来说，Python也是十分实用的语言之一。今天，我们就Python开发一个简单的区块链数据结构。

在这篇文章中，一方面我们会对区块链数据结构的基本概念进行讲解，例如哈希的工作原理，另一方面，也会以实际代码来构建一个区块链基本的数据结构，让你对区块链和Python的基础有个基本的理解。

说不多说，下面就进入正题！

从哈希函数说起

在区块链中，数据结构是十分重要的基本组成部分，尤其是比特币。虽然单一的数据结构无法构建成加密数字货币，但理解数据结构对于理解区块链的基本原理是非常有益处的。

声音 | 埃森哲报告：银行目前正评估如何使用区块链支付:据bitcoinexchangeguide消息，埃森哲(Accenture)最近进行的一项调查发现，近90%受访银行高管表示，他们各自的银行目前正在评估使用区块链技术执行支付的想法。大多数高管认为区块链必须提供的长处包括：降低加工成本、错误数量减少、业务处理速度更快。报告还指出，中国26家上市银行中有12家已经在治理框架内实施了区块链技术，其中包括中国银行和招商银行等大银行。[2018/11/3]

但在讲数字结构之前，我们还是先从哈希讲起，以比特币的SHA-256哈希函数为例，讲讲如何利用Python去实现哈希的运算。

哈希函数，又称散列算法，是一种从任何一种数据中创建小的数字“指纹”的方法。散列函数把消息或数据压缩成摘要，使得数据量变小，将数据的格式固定下来。该函数将数据打乱混合，重新创建一个叫做散列值的指纹。散列值通常用一个短的随机字母和数字组成的字符串来代表。

对于任意长度的消息，SHA256都会产生一个256bit长的哈希值，称作消息摘要。

巴曙松、乔若羽、 郑嘉伟：区块链技术如何渗透到不同金融场景？:区块链技术在支付清算领域尤其是跨境支付、联合贷款等领域的优势格外突出，不少银行已经在这个领域跃跃欲试，除此之外，抵押物核查与征信环节等也是区块链应用场景。[2018/4/25]

这个摘要相当于是个长度为32个字节的数组，通常用一个长度为64的十六进制字符串来表示。

来看一个例子：

这句话，经过哈希函数SHA256后得到的哈希值为：

说回SHA-256，说白了，它就是一个哈希函数。那么我们如何用Python来实现呢？下面代码展示了用Python实现「helloworld」的过程：

看到这里你可能会问，SHA-256中的「256」究竟是什么意思？哈希算法是一个将任意文本转换为一个256位随机二进制字符串的过程。在上面的例子中，「helloworld」是一个11位的字符，经过哈希运算以后，变成了这样的一串字符：

b94d27b9934d3e08a52e52d7da7dabfac484efe37a5380ee9088f7ace2efcde9

布鲁金斯学会：全球监管机构之间没有就如何处理加密货币达成协议:据福布斯消息，布鲁金斯学会昨日发布关于央行和加密货币的研究报告。报告指出，世界各地的银行监管机构并未采取统一的方式来规范加密货币。该报告还指出，目前的大型经济体中，没有任何一个国家的央行认真考虑是否推出自己的加密货币。然而，美联储、日本央行、加拿大央行、英国央行和欧洲央行均表示正在评估央行加密货币的利与弊。研究表明，央行领导人目前主要对于加密货币潜在的逃税和可能表示担心。[2018/4/18]

同样，即使我的文本长度不是11位，生成的字符数也是一样的。例如：

在上面例子中，「Iamthebestpresident.Ever.」，哈希运算之后的字符串一样为64位。就算输入的文本是100位，哈希运算后的字符位数也是64位。

之所以这样，是因为字符是16进制的，如果我们把这样的字符串转换为2进制，那么就会得到一个256位的2进制字符串。如下图所示：

在恶性通胀的委内瑞拉，比特币如何成了\"硬通货\":3月26日消息，据国外媒体报道，在世界各地，比特币主要是一种投机性投资，其飙升的价格往往被人们视为数字货币泡沫。而在委内瑞拉，由于国家的通货膨胀率畸高，持有数子货币成为了当地民众的生存手段。[2018/3/26]

这就是SHA-256中，256这个数字的由来。

接下来我们就来看看哈希算法有哪些特征。哈希的特征之一就是「无冲突原则」。这个原则是指要得到一个256位的2进制字符串，显然有不止一个输入可以做到。

因为256位的输出长度是固定的，但输入的长度却没有限制，所以输入的范围要远大于输出，只要能够穷尽输入，就有可能得到2个一样的256位的输出。

话虽如此，不过要找到这样两个输入的难度却很大。即使是输入上改动了一点，输出的结果都会完全不同。如下图所示：

所以，想要找到2中一样的输出的唯一方法，是穷尽所有的字幕、数字组合，这几乎无法做到。几率为2的256次方。

这是个多大的数字？展开来就是酱婶儿的：

115792089237316195423570985008687907853269984665640564039457584007913129639936

几乎相当于10的77次方。这是个什么概念？在460亿光年的宇宙内，可见的原子数量也只有10的78次方。这个数字几乎相当于宇宙内的原子数量！

要运算这个数字需要多长时间？以英伟达Geforce1080Ti显卡，浮点运算11.3的算力来运算，每个哈希需要运算3000次，以每秒钟3766666666个哈希的速度来运算，找到两个相同的哈希运算结果，需要计算2的128次方个哈希。地球上所有的人一起计算，需要的时间如下：

这比地球存在的实时间都要长。

用Python创建第一个区块

了解了什么是哈希，我们接着就来说说什么是区块。实际上，区块链就是一个互相连接的序列。我们接下来创建第一个区块，也称为「创世区块」。代码如下所示：

区块链中会包含交易，交易很好理解，就是谁转了多少钱给谁。我们把区块进行序列，这样它就可以进行哈希运算：

这样，我们就得到了另一个区块，我们姑且称它为「区块2」：

再对区块2进行哈希运算：

得到了「区块3」。

再对区块3进行哈希运算，得到了「区块4」。

这样一来，想要确定区块上的数据没有被篡改，我只需要检查最后一个区块的哈希就行了。而不是从创世区块开始检查。这一原理也杜绝了区块链上数据被攒该的可能。

通过以上代码，可以得到下面结果：

这样，用Python实现简单的区块链开发的演示就结束了。Python是一门强大的语言，区块链是一个强大的信用工具，这两者结合，势必能创造出新的可能性。

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