作者認(rèn)為最快的學(xué)習(xí)區(qū)塊鏈的方式是自己創(chuàng)建一個(gè)，本文就跟隨作者用Python來(lái)創(chuàng)建一個(gè)區(qū)塊鏈。

對(duì)數(shù)字貨幣的崛起感到新奇的我們，并且想知道其背后的技術(shù)——區(qū)塊鏈?zhǔn)窃鯓訉?shí)現(xiàn)的。

但是完全搞懂區(qū)塊鏈并非易事，我喜歡在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，通過(guò)寫代碼來(lái)學(xué)習(xí)技術(shù)會(huì)掌握得更牢固。通過(guò)構(gòu)建一個(gè)區(qū)塊鏈可以加深對(duì)區(qū)塊鏈的理解。

先看看什么去區(qū)塊鏈？

假如你是一位女生，在某個(gè)晚上，你男票跟你說(shuō)了一句："我愛(ài)你一生一世"； 然后，你把這句話發(fā)給了你的閨蜜、爸媽、朋友圈、公眾號(hào)、微信群等，你男票再也無(wú)法抵賴，你打賞點(diǎn)小費(fèi)感謝他們給你記住并作證，這個(gè)小費(fèi)就是token。 你、你男票、"我愛(ài)你一生一世"這句話、說(shuō)這句話的時(shí)間地點(diǎn)等信息，打包起來(lái)形成一個(gè)結(jié)構(gòu)化的信息包，這個(gè)信息包就叫"區(qū)塊"。 而你的閨蜜、爸媽、朋友圈、公眾號(hào)、微信群等節(jié)點(diǎn)就是鏈。最后你男票如果不承認(rèn)說(shuō)過(guò)這句話，當(dāng)了負(fù)心漢；你翻出這個(gè)賬本對(duì)質(zhì)，把他臭罵一頓，這就是區(qū)塊鏈應(yīng)用。 還有啊，你男票這個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)永遠(yuǎn)被踢出網(wǎng)絡(luò)，如果你對(duì)朋友圈足夠大，這個(gè)男的可能永遠(yuǎn)找不到女朋友了。在這個(gè)例子中好像區(qū)塊鏈解決了人與人之間的信任問(wèn)題。但其實(shí)只是個(gè)假象。 N年后，男朋友對(duì)她的愛(ài)依然可能消失，海誓山盟并沒(méi)有被背書。至于，分手后對(duì)男方造成影響，更是不道德的，這分明就是一種網(wǎng)絡(luò)暴力。愛(ài)或者不愛(ài)，都是你們兩個(gè)的事，與區(qū)塊鏈無(wú)關(guān)。

準(zhǔn)備工作

本文要求讀者對(duì)Python有基本的理解，能讀寫基本的Python，并且需要對(duì)HTTP請(qǐng)求有基本的了解。

我們知道區(qū)塊鏈?zhǔn)怯蓞^(qū)塊的記錄構(gòu)成的不可變、有序的鏈結(jié)構(gòu)，記錄可以是交易、文件或任何你想要的數(shù)據(jù)，重要的是它們是通過(guò)哈希值（hashes）鏈接起來(lái)的。

環(huán)境準(zhǔn)備

環(huán)境準(zhǔn)備，確保已經(jīng)安裝Python3.6+, pip , Flask, requests

安裝方法：

同時(shí)還需要一個(gè)HTTP客戶端，比如Postman，cURL或其它客戶端。

開(kāi)始創(chuàng)建Blockchain

新建一個(gè)文件 blockchain.py，本文所有的代碼都寫在這一個(gè)文件中，可以隨時(shí)參考源代碼。

Blockchain類

首先創(chuàng)建一個(gè)Blockchain類，在構(gòu)造函數(shù)中創(chuàng)建了兩個(gè)列表，一個(gè)用于儲(chǔ)存區(qū)塊鏈，一個(gè)用于儲(chǔ)存交易。

以下是Blockchain類的框架：

Blockchain類用來(lái)管理鏈條，它能存儲(chǔ)交易、加入新塊等，下面我們來(lái)進(jìn)一步完善這些方法。

塊結(jié)構(gòu)

每個(gè)區(qū)塊包含屬性：索引（index）、Unix時(shí)間戳（timestamp）、交易列表（transactions）、工作量證明（稍后解釋）以及前一個(gè)區(qū)塊的Hash值。

以下是一個(gè)區(qū)塊的結(jié)構(gòu)：

到這里區(qū)塊鏈的概念就清楚了，每個(gè)新的區(qū)塊都包含上一個(gè)區(qū)塊的Hash，這是關(guān)鍵的一點(diǎn)，它保障了區(qū)塊鏈不可變性。如果攻擊者破壞了前面的某個(gè)區(qū)塊，那么后面所有區(qū)塊的Hash都會(huì)變得不正確。不理解的話，慢慢消化，可參考{% post_link whatbc 區(qū)塊鏈技術(shù)原理 %}。

加入交易

接下來(lái)我們需要添加一個(gè)交易，來(lái)完善下new_transaction方法：

方法向列表中添加一個(gè)交易記錄，并返回該記錄將被添加到的區(qū)塊(下一個(gè)待挖掘的區(qū)塊)的索引，等下在用戶提交交易時(shí)會(huì)有用。

創(chuàng)建新塊

當(dāng)Blockchain實(shí)例化后，我們需要構(gòu)造一個(gè)創(chuàng)世塊（沒(méi)有前區(qū)塊的第一個(gè)區(qū)塊），并且給它加上一個(gè)工作量證明。

每個(gè)區(qū)塊都需要經(jīng)過(guò)工作量證明，俗稱挖礦，稍后會(huì)繼續(xù)講解。

為了構(gòu)造創(chuàng)世塊，我們還需要完善new_block(), new_transaction() 和hash() 方法：

通過(guò)上面的代碼和注釋可以對(duì)區(qū)塊鏈有直觀的了解，接下來(lái)我們看看區(qū)塊是怎么挖出來(lái)的。

理解工作量證明

新的區(qū)塊依賴工作量證明算法（PoW）來(lái)構(gòu)造。PoW的目標(biāo)是找出一個(gè)符合特定條件的數(shù)字，這個(gè)數(shù)字很難計(jì)算出來(lái)，但容易驗(yàn)證。這就是工作量證明的核心思想。

為了方便理解，舉個(gè)例子：

假設(shè)一個(gè)整數(shù) x 乘以另一個(gè)整數(shù) y 的積的 Hash 值必須以 0 結(jié)尾，即 hash(x * y) = ac23dc...0。設(shè)變量 x = 5，求 y 的值？

用Python實(shí)現(xiàn)如下：

結(jié)果是y=21，因?yàn)?#xff1a;

在比特幣中，使用稱為Hashcash的工作量證明算法，它和上面的問(wèn)題很類似，礦工們?yōu)榱藸?zhēng)奪創(chuàng)建區(qū)塊的權(quán)利而爭(zhēng)相計(jì)算結(jié)果。通常，計(jì)算難度與目標(biāo)字符串需要滿足的特定字符的數(shù)量成正比，礦工算出結(jié)果后，會(huì)獲得比特幣獎(jiǎng)勵(lì)。

當(dāng)然，在網(wǎng)絡(luò)上非常容易驗(yàn)證這個(gè)結(jié)果。

實(shí)現(xiàn)工作量證明

讓我們來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)相似PoW算法，規(guī)則是：尋找一個(gè)數(shù) p，使得它與前一個(gè)區(qū)塊的 proof 拼接成的字符串的 Hash 值以 4 個(gè)零開(kāi)頭。

衡量算法復(fù)雜度的辦法是修改零開(kāi)頭的個(gè)數(shù)。使用4個(gè)來(lái)用于演示，你會(huì)發(fā)現(xiàn)多一個(gè)零都會(huì)大大增加計(jì)算出結(jié)果所需的時(shí)間。

現(xiàn)在Blockchain類基本已經(jīng)完成了，接下來(lái)使用HTTP requests來(lái)進(jìn)行交互。

Blockchain作為API接口

我們將使用Python Flask框架，這是一個(gè)輕量Web應(yīng)用框架，它方便將網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求映射到 Python函數(shù)，現(xiàn)在我們來(lái)讓Blockchain運(yùn)行在基于Flask web上。

我們將創(chuàng)建三個(gè)接口：

/transactions/new 創(chuàng)建一個(gè)交易并添加到區(qū)塊；

/mine 告訴服務(wù)器去挖掘新的區(qū)塊；

/chain 返回整個(gè)區(qū)塊鏈。

創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)

我們的“Flask服務(wù)器”將扮演區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，我們先添加一些框架代碼：

簡(jiǎn)單的說(shuō)明一下以上代碼：

第15行：創(chuàng)建一個(gè)節(jié)點(diǎn)；

第18行：為節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)隨機(jī)的名字；

第21行：實(shí)例Blockchain類；

第24–26行：創(chuàng)建/mine GET接口；

第28–30行：創(chuàng)建/transactions/new POST接口,可以給接口發(fā)送交易數(shù)據(jù)；

第32–38行：創(chuàng)建 /chain 接口, 返回整個(gè)區(qū)塊鏈；

第40–41行：服務(wù)運(yùn)行在端口5000上。

發(fā)送交易

發(fā)送到節(jié)點(diǎn)的交易數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

之前已經(jīng)有添加交易的方法，基于接口來(lái)添加交易就很簡(jiǎn)單了：

挖礦

挖礦正是神奇所在，它很簡(jiǎn)單，做了以下三件事：

計(jì)算工作量證明PoW；

通過(guò)新增一個(gè)交易授予礦工（自己）一個(gè)幣；

構(gòu)造新區(qū)塊并將其添加到鏈中。

注意交易的接收者是我們自己的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，我們做的大部分工作都只是圍繞Blockchain類方法進(jìn)行交互。到此，我們的區(qū)塊鏈就算完成了，我們來(lái)實(shí)際運(yùn)行下。

運(yùn)行區(qū)塊鏈

你可以使用cURL或Postman去和API進(jìn)行交互。

啟動(dòng)server：

讓我們通過(guò)請(qǐng)求

來(lái)進(jìn)行挖礦：

通過(guò)post請(qǐng)求，添加一個(gè)新交易：

如果不是使用Postman，則用以下的cURL語(yǔ)句也是一樣的：

在挖了兩次礦之后，就有3個(gè)塊了，通過(guò)請(qǐng)求

可以得到所有的塊信息。

一致性（共識(shí)）

我們已經(jīng)有了一個(gè)基本的區(qū)塊鏈可以接受交易和挖礦，但是區(qū)塊鏈系統(tǒng)應(yīng)該是分布式的。既然是分布式的，那么我們究竟拿什么保證所有節(jié)點(diǎn)有同樣的鏈呢？這就是一致性問(wèn)題，我們要想在網(wǎng)絡(luò)上有多個(gè)節(jié)點(diǎn)，就必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)一致性的算法。

注冊(cè)節(jié)點(diǎn)

在實(shí)現(xiàn)一致性算法之前，我們需要找到一種方式讓一個(gè)節(jié)點(diǎn)知道它相鄰的節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要保存一份包含網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點(diǎn)的記錄，因此讓我們新增幾個(gè)接口：

/nodes/register 接收URL形式的新節(jié)點(diǎn)列表；

/nodes/resolve 執(zhí)行一致性算法，解決任何沖突，確保節(jié)點(diǎn)擁有正確的鏈。

我們修改下Blockchain的init函數(shù)并提供一個(gè)注冊(cè)節(jié)點(diǎn)方法：

我們用 set 來(lái)儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)，這是一種避免重復(fù)添加節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)單方法。

實(shí)現(xiàn)共識(shí)算法

前面提到，沖突是指不同的節(jié)點(diǎn)擁有不同的鏈，為了解決這個(gè)問(wèn)題，規(guī)定最長(zhǎng)的、有效的鏈才是最終的鏈，換句話說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)中有效最長(zhǎng)鏈才是實(shí)際的鏈。

我們使用以下的算法，來(lái)達(dá)到網(wǎng)絡(luò)中的共識(shí)：

第一個(gè)方法 valid_chain() 用來(lái)檢查是否是有效鏈，遍歷每個(gè)塊驗(yàn)證hash和proof。

第二個(gè)方法 resolve_conflicts() 用來(lái)解決沖突，遍歷所有的鄰居節(jié)點(diǎn)，并用上一個(gè)方法檢查鏈的有效性， 如果發(fā)現(xiàn)有效更長(zhǎng)鏈，就替換掉自己的鏈。

讓我們添加兩個(gè)路由，一個(gè)用來(lái)注冊(cè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)用來(lái)解決沖突。

你可以在不同的機(jī)器運(yùn)行節(jié)點(diǎn)，或在一臺(tái)機(jī)機(jī)開(kāi)啟不同的網(wǎng)絡(luò)端口來(lái)模擬多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，這里在同一臺(tái)機(jī)器開(kāi)啟不同的端口演示，在不同的終端運(yùn)行以下命令，就啟動(dòng)了兩個(gè)節(jié)點(diǎn)：

。

然后在節(jié)點(diǎn)2上挖兩個(gè)塊，確保是更長(zhǎng)的鏈，然后在節(jié)點(diǎn)1上訪問(wèn)接口/nodes/resolve，這時(shí)節(jié)點(diǎn)1的鏈會(huì)通過(guò)共識(shí)算法被節(jié)點(diǎn)2的鏈取代。

本文來(lái)源網(wǎng)絡(luò)，不做任何商業(yè)目的。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/34269882

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的用python从0开始创建一个区块链，从代码深入理解区块链的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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