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。

動態 | 各國代表在FATF開會討論如何監管虛擬資產和虛擬資產服務提供商:金色財經報道，據FATF官網消息，1月9日，各國主管開會討論了如何監督和管理虛擬資產和虛擬資產服務提供商（VASP）。自金融行動特別工作組（FATF）在2019年6月敲定這些新措施以來，這次會議是主管們首次有機會討論如何實施這些新措施。 論壇討論了三個主要領域：1.迄今為止，從那些已經建立VASP監督制度并已經開始監督VASP的國家吸取的經驗教訓。2.起草VASP法律法規時的常見問題。3.管理者有效監管VASP所需的工具、技能、程序和技術。這次會議確定了需要采取進一步行動的若干領域。這些問題將在FATF全體會議和將于2020年5月舉行的監督機構論壇的會議上進一步討論。據此前報道，2019年6月22日，FATF官網發布《基于風險的角度：監管數字資產和數字資產服務商的章程指南》，該指南將幫助各國和虛擬資產服務提供商了解其反洗錢和反恐融資義務，并有效實施FATF適用于該行業的要求。[2020/1/11]

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"}

金色相對論 | 陳鈺璋：STO核心問題是如何與先行者爭奪優秀項目:本期金色相對論中，高鏈資本創始合伙人陳鈺璋就“STO來襲將如何影響市場”的問題發表看法，陳鈺璋表示，STO給一些小國一個不錯的窗口，不過問題是這些國家需要流量。沒有流量的合法合規也沒有太大用處。

如果區塊鏈是創新，我們就要用創業的思維去理解它、改善它。看待STO的最核心問題是：如何與納斯達克、紅杉、軟銀這些交易所和巨額基金爭奪真正的好項目？這是一個先有雞還是先有蛋的問題：需要有足夠的流動性，才能夠吸引真正的好項目。但是誰來提供從零到一的流動性呢？我能看到的是超級財團，例如軟銀、黑石、GIC這些基金聯合小國家的政府立法，成立國際上第一個不缺錢的穩定STO體系，吸引到最優質的頂級企業入駐，打造成功案例，然后把其他B輪、C輪的S級別企業吸引過去，才能建立良性循環。而新加坡政府如果能夠把GIC和Temasek的流動性注入到STO里，在新加坡成立STO交易所，會改變歷史。[2018/10/12]

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%}。

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

聲音 | 加拿大央行副行長：加拿大央行正在考慮如何應對加密資產的風險:據溫哥華太陽報報道，加拿大銀行副行長Timothy Lane在卡爾加里大學Haskayne商學院講話時表示：加拿大央行正在考慮如何應對加密資產的風險。[2018/10/2]

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}')

聲音 | Brendan 發推特表達如何實現成功:據 IMEOS 報道，Block.one CEO Brendan Blumer 發推特表示，成功通常是有具備充分理由讓社區聽從你，并實際提供他們(社區)想要的東西來實現。[2018/10/1]

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"

美國銀行分析師解釋比特幣如何像常規貨幣:據CCN報道，美國圣路易斯聯邦儲備銀行內容策略師Christine Smith認為，比特幣不像人們想象的那樣異乎尋常，比特幣的兩個用例是作為價值和貨幣存儲的，史密斯論證比特幣與普通貨幣沒有區別的三大理由：

1.比特幣和美元都沒有實物資產支持；

2.“稀缺”是美聯儲貨幣體系穩定戰略的核心，因為“為了保持其價值，貨幣必須供應有限”，而比特幣的數量也是有限的。

3.比特幣“純粹的電子現金對等版本可以讓在線支付從一方直接發送到另一方，而無需通過金融機構”，這與現金花費方式有相似性，即“不需要中間人處理交易”。[2018/5/1]

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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