如何用 Python 从 0 开始创建一个区块链？

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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。

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]

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%}。

比特币大手子：大手子教你如何提前预知爆涨趋势:4月30日19:00，实盘大V 比特币大手子 做客金色财经《币情观察室》直播间，将分享《大手子教你如何提前预知爆涨趋势》，欲观看直播扫描下图二维码即可！[2020/4/30]

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}')

张春泉：区块链等如何与行业深度融合将是工业互联网发展关键要素:曙光云计算集团副总裁、中国科学院智慧城市产业联盟副秘书长张春泉表示，目前工业互联网发展呈现出新特征，一是在云计算技术架构支撑下，企业之间正从技术、产品和供应链的竞争逐步演进成为平台化的生态体系竞争。二是以工业互联网为支撑，助力企业迈向网络化、智能化的新阶段，构建数字化的工业生态和数字化的商业服务生态。三是新一轮的IT技术加速行业的深度融合，比如说标识解析、区块链等技术如何与行业深度融合，将是这一时期工业互联网发展的关键要素。（经济参考报）[2020/4/30]

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"

声音 | 段新星：看到有价值的场景时思考如何用区块链去更好地打造才是正确的:Bytom创始人段新星在“区块链平昌论坛2019(Blockchain Pyeongchang Forum, BPF2019)”的圆桌论坛上表示，在投机和炒作层面区块链处于熊市，但是在区块链应用层面仍然在向前发展。同时，他指出，不能像拿着锤子砸钉子一样，把区块链强加于所有项目，而应该在看到有价值、有意义的场景时，思考如何用区块链去更好地打造才是正确的。只有做到这点，离区块链下一次爆发也就不远了。[2019/1/28]

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

美国银行分析师解释比特币如何像常规货币:据CCN报道，美国圣路易斯联邦储备银行内容策略师Christine Smith认为，比特币不像人们想象的那样异乎寻常，比特币的两个用例是作为价值和货币存储的，史密斯论证比特币与普通货币没有区别的三大理由：

1.比特币和美元都没有实物资产支持；

2.“稀缺”是美联储货币体系稳定战略的核心，因为“为了保持其价值，货币必须供应有限”，而比特币的数量也是有限的。

3.比特币“纯粹的电子现金对等版本可以让在线支付从一方直接发送到另一方，而无需通过金融机构”，这与现金花费方式有相似性，即“不需要中间人处理交易”。[2018/5/1]

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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