Python中怎么構(gòu)建一個(gè)極小的區(qū)塊鏈

今天就跟大家聊聊有關(guān)Python中怎么構(gòu)建一個(gè)極小的區(qū)塊鏈，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結(jié)了以下內(nèi)容，希望大家根據(jù)這篇文章可以有所收獲。

區(qū)塊鏈

以比特幣（Bitcoin）或其它加密貨幣按時(shí)間順序公開(kāi)地記錄交易的數(shù)字賬本。

更通俗的說(shuō)，它是一個(gè)公開(kāi)的數(shù)據(jù)庫(kù)，新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在被稱之為區(qū)塊（block）的容器中，并被添加到一個(gè)不可變的鏈（chain）中（因此被稱為區(qū)塊鏈（blockchain）），之前添加的數(shù)據(jù)也在該鏈中。對(duì)于比特幣或其它加密貨幣來(lái)說(shuō)，這些數(shù)據(jù)就是一組組交易，不過(guò)，也可以是其它任何類型的數(shù)據(jù)。

區(qū)塊鏈技術(shù)帶來(lái)了全新的、完全數(shù)字化的貨幣，如比特幣和萊特幣（Litecoin），它們并不由任何中心機(jī)構(gòu)管理。這給那些認(rèn)為當(dāng)今的銀行系統(tǒng)是騙局并將最終走向失敗的人帶來(lái)了自由。區(qū)塊鏈也革命性地改變了分布式計(jì)算的技術(shù)形式，如以太坊（Ethereum）就引入了一種有趣的概念：智能合約（smart contract）。

在這篇文章中，我將用不到 50 行的 Python 2.x 代碼實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈，我把它叫做 SnakeCoin。

不到 50 行代碼的區(qū)塊鏈

我們首先將從定義我們的區(qū)塊是什么開(kāi)始。在區(qū)塊鏈中，每個(gè)區(qū)塊隨同時(shí)間戳及可選的索引一同存儲(chǔ)。在 SnakeCoin  中，我們會(huì)存儲(chǔ)這兩者。為了確保整個(gè)區(qū)塊鏈的完整性，每個(gè)區(qū)塊都會(huì)有一個(gè)自識(shí)別的哈希值。如在比特幣中，每個(gè)區(qū)塊的哈希是該塊的索引、時(shí)間戳、數(shù)據(jù)和前一個(gè)區(qū)塊的哈希值等數(shù)據(jù)的加密哈希值。這里提及的“數(shù)據(jù)”可以是任何你想要的數(shù)據(jù)。

import hashlib as hasher class Block:  def __init__(self, index, timestamp, data, previous_hash):    self.index = index    self.timestamp = timestamp    self.data = data    self.previous_hash = previous_hash    self.hash = self.hash_block()    def hash_block(self):    sha = hasher.sha256()    sha.update(str(self.index) +                str(self.timestamp) +                str(self.data) +                str(self.previous_hash))    return sha.hexdigest()

真棒，現(xiàn)在我們有了區(qū)塊的結(jié)構(gòu)了，不過(guò)我們需要?jiǎng)?chuàng)建的是一個(gè)區(qū)塊鏈。我們需要把區(qū)塊添加到一個(gè)實(shí)際的鏈中。如我們之前提到過(guò)的，每個(gè)區(qū)塊都需要前一個(gè)區(qū)塊的信息。但問(wèn)題是，該區(qū)塊鏈中的***個(gè)區(qū)塊在哪里？好吧，這個(gè)***個(gè)區(qū)塊，也稱之為創(chuàng)世區(qū)塊，是一個(gè)特別的區(qū)塊。在很多情況下，它是手工添加的，或通過(guò)獨(dú)特的邏輯添加的。

我們將創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)來(lái)簡(jiǎn)單地返回一個(gè)創(chuàng)世區(qū)塊解決這個(gè)問(wèn)題。這個(gè)區(qū)塊的索引為 0 ，其包含一些任意的數(shù)據(jù)值，其“前一哈希值”參數(shù)也是任意值。

import datetime as date def create_genesis_block():  # Manually construct a block with  # index zero and arbitrary previous hash  return Block(0, date.datetime.now(), "Genesis Block", "0")

現(xiàn)在我們可以創(chuàng)建創(chuàng)世區(qū)塊了，我們需要一個(gè)函數(shù)來(lái)生成該區(qū)塊鏈中的后繼區(qū)塊。該函數(shù)將獲取鏈中的前一個(gè)區(qū)塊作為參數(shù)，為要生成的區(qū)塊創(chuàng)建數(shù)據(jù)，并用相應(yīng)的數(shù)據(jù)返回新的區(qū)塊。新的區(qū)塊的哈希值來(lái)自于之前的區(qū)塊，這樣每個(gè)新的區(qū)塊都提升了該區(qū)塊鏈的完整性。如果我們不這樣做，外部參與者就很容易“改變過(guò)去”，把我們的鏈替換為他們的新鏈了。這個(gè)哈希鏈起到了加密的證明作用，并有助于確保一旦一個(gè)區(qū)塊被添加到鏈中，就不能被替換或移除。

def next_block(last_block):  this_index = last_block.index + 1  this_timestamp = date.datetime.now()  this_data = "Hey! I'm block " + str(this_index)  this_hash = last_block.hash  return Block(this_index, this_timestamp, this_data, this_hash)

這就是主要的部分。

現(xiàn)在我們能創(chuàng)建自己的區(qū)塊鏈了！在這里，這個(gè)區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)簡(jiǎn)單的 Python 列表。其***個(gè)的元素是我們的創(chuàng)世區(qū)塊，我們會(huì)添加后繼區(qū)塊。因?yàn)?SnakeCoin 是一個(gè)極小的區(qū)塊鏈，我們僅僅添加了 20 個(gè)區(qū)塊。我們通過(guò)循環(huán)來(lái)完成它。

# Create the blockchain and add the genesis blockblockchain = [create_genesis_block()]previous_block = blockchain[0] # How many blocks should we add to the chain# after the genesis blocknum_of_blocks_to_add = 20 # Add blocks to the chainfor i in range(0, num_of_blocks_to_add):  block_to_add = next_block(previous_block)  blockchain.append(block_to_add)  previous_block = block_to_add  # Tell everyone about it!  print "Block #{} has been added to the blockchain!".format(block_to_add.index)  print "Hash: {}\n".format(block_to_add.hash)

讓我們看看我們的成果：

別擔(dān)心，它將一直添加到 20 個(gè)區(qū)塊

很好，我們的區(qū)塊鏈可以工作了。如果你想要在主控臺(tái)查看更多的信息，你可以編輯其完整的源代碼并輸出每個(gè)區(qū)塊的時(shí)間戳或數(shù)據(jù)。

這就是 SnakeCoin 所具有的功能。要使 SnakeCoin 達(dá)到現(xiàn)今的產(chǎn)品級(jí)的區(qū)塊鏈的高度，我們需要添加更多的功能，如服務(wù)器層，以在多臺(tái)機(jī)器上跟蹤鏈的改變，并通過(guò)工作量證明算法（POW）來(lái)限制給定時(shí)間周期內(nèi)可以添加的區(qū)塊數(shù)量。

如果你想了解更多技術(shù)細(xì)節(jié)，你可以在這里查看最初的比特幣白皮書(shū)。

讓這個(gè)極小區(qū)塊鏈稍微變大些

這個(gè)極小的區(qū)塊鏈及其簡(jiǎn)單，自然也相對(duì)容易完成。但是因其簡(jiǎn)單也帶來(lái)了一些缺陷。首先，SnakeCoin  僅能運(yùn)行在單一的一臺(tái)機(jī)器上，所以它相距分布式甚遠(yuǎn)，更別提去中心化了。其次，區(qū)塊添加到區(qū)塊鏈中的速度同在主機(jī)上創(chuàng)建一個(gè) Python  對(duì)象并添加到列表中一樣快。在我們的這個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈中，這不是問(wèn)題，但是如果我們想讓 SnakeCoin  成為一個(gè)實(shí)際的加密貨幣，我們就需要控制在給定時(shí)間內(nèi)能創(chuàng)建的區(qū)塊（和幣）的數(shù)量。

從現(xiàn)在開(kāi)始，SnakeCoin  中的“數(shù)據(jù)”將是交易數(shù)據(jù)，每個(gè)區(qū)塊的“數(shù)據(jù)”字段都將是一些交易信息的列表。接著我們來(lái)定義“交易”。每個(gè)“交易”是一個(gè) JSON  對(duì)象，其記錄了幣的發(fā)送者、接收者和轉(zhuǎn)移的 SnakeCoin 數(shù)量。注：交易信息是 JSON 格式，原因我很快就會(huì)說(shuō)明。

{  "from": "71238uqirbfh894-random-public-key-a-alkjdflakjfewn204ij",  "to": "93j4ivnqiopvh53-random-public-key-b-qjrgvnoeirbnferinfo",  "amount": 3}

現(xiàn)在我們知道了交易信息看起來(lái)的樣子了，我們需要一個(gè)辦法來(lái)將其加到我們的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)（稱之為節(jié)點(diǎn)）中。要做這個(gè)事情，我們會(huì)創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的  HTTP 服務(wù)器，以便每個(gè)用戶都可以讓我們的節(jié)點(diǎn)知道發(fā)生了新的交易。節(jié)點(diǎn)可以接受  POST  請(qǐng)求，請(qǐng)求數(shù)據(jù)為如上的交易信息。這就是為什么交易信息是 JSON 格式的：我們需要它們可以放在請(qǐng)求信息中傳遞給服務(wù)器。

$ pip install flask # 首先安裝 Web 服務(wù)器框架

from flask import Flaskfrom flask import requestnode = Flask(__name__) # Store the transactions that# this node has in a listthis_nodes_transactions = [] @node.route('/txion', methods=['POST'])def transaction():  if request.method == 'POST':    # On each new POST request,    # we extract the transaction data    new_txion = request.get_json()    # Then we add the transaction to our list    this_nodes_transactions.append(new_txion)    # Because the transaction was successfully    # submitted, we log it to our console    print "New transaction"    print "FROM: {}".format(new_txion['from'])    print "TO: {}".format(new_txion['to'])    print "AMOUNT: {}\n".format(new_txion['amount'])    # Then we let the client know it worked out    return "Transaction submission successful\n" node.run()

真棒！現(xiàn)在我們有了一種保存用戶彼此發(fā)送 SnakeCoin 的記錄的方式。這就是為什么人們將區(qū)塊鏈稱之為公共的、分布式賬本：所有的交易信息存儲(chǔ)給所有人看，并被存儲(chǔ)在該網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上。

但是，有個(gè)問(wèn)題：人們從哪里得到  SnakeCoin 呢？現(xiàn)在還沒(méi)有辦法得到，還沒(méi)有一個(gè)稱之為 SnakeCoin  這樣的東西，因?yàn)槲覀冞€沒(méi)有創(chuàng)建和分發(fā)任何一個(gè)幣。要?jiǎng)?chuàng)建新的幣，人們需要“挖”一個(gè)新的 SnakeCoin  區(qū)塊。當(dāng)他們成功地挖到了新區(qū)塊，就會(huì)創(chuàng)建出一個(gè)新的 SnakeCoin ，并獎(jiǎng)勵(lì)給挖出該區(qū)塊的人（礦工）。一旦挖礦的礦工將 SnakeCoin  發(fā)送給別人，這個(gè)幣就流通起來(lái)了。

我們不想讓挖新的 SnakeCoin 區(qū)塊太容易，因?yàn)檫@將導(dǎo)致  SnakeCoin  太多了，其價(jià)值就變低了；同樣，我們也不想讓它變得太難，因?yàn)槿绻麤](méi)有足夠的幣供每個(gè)人使用，它們對(duì)于我們來(lái)說(shuō)就太昂貴了。為了控制挖新的  SnakeCoin 區(qū)塊的難度，我們會(huì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)工作量證明（Proof-of-Work）（PoW）算法。工作量證明基本上就是一個(gè)生成某個(gè)項(xiàng)目比較難，但是容易驗(yàn)證（其正確性）的算法。這個(gè)項(xiàng)目被稱之為“證明”，聽(tīng)起來(lái)就像是它證明了計(jì)算機(jī)執(zhí)行了特定的工作量。

在 SnakeCoin 中，我們創(chuàng)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的  PoW 算法。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新區(qū)塊，礦工的計(jì)算機(jī)需要遞增一個(gè)數(shù)字，當(dāng)該數(shù)字能被 9 （“SnakeCoin”  這個(gè)單詞的字母數(shù)）整除時(shí)，這就是***這個(gè)區(qū)塊的證明數(shù)字，就會(huì)挖出一個(gè)新的 SnakeCoin 區(qū)塊，而該礦工就會(huì)得到一個(gè)新的  SnakeCoin。

# ...blockchain# ...Block class definition miner_address = "q3nf394hjg-random-miner-address-34nf3i4nflkn3oi" def proof_of_work(last_proof):  # Create a variable that we will use to find  # our next proof of work  incrementor = last_proof + 1  # Keep incrementing the incrementor until  # it's equal to a number divisible by 9  # and the proof of work of the previous  # block in the chain  while not (incrementor % 9 == 0 and incrementor % last_proof == 0):    incrementor += 1  # Once that number is found,  # we can return it as a proof  # of our work  return incrementor @node.route('/mine', methods = ['GET'])def mine():  # Get the last proof of work  last_block = blockchain[len(blockchain) - 1]  last_proof = last_block.data['proof-of-work']  # Find the proof of work for  # the current block being mined  # Note: The program will hang here until a new  #       proof of work is found  proof = proof_of_work(last_proof)  # Once we find a valid proof of work,  # we know we can mine a block so   # we reward the miner by adding a transaction  this_nodes_transactions.append(    { "from": "network", "to": miner_address, "amount": 1 }  )  # Now we can gather the data needed  # to create the new block  new_block_data = {    "proof-of-work": proof,    "transactions": list(this_nodes_transactions)  }  new_block_index = last_block.index + 1  new_block_timestamp = this_timestamp = date.datetime.now()  last_block_hash = last_block.hash  # Empty transaction list  this_nodes_transactions[:] = []  # Now create the  # new block!  mined_block = Block(    new_block_index,    new_block_timestamp,    new_block_data,    last_block_hash  )  blockchain.append(mined_block)  # Let the client know we mined a block  return json.dumps({      "index": new_block_index,      "timestamp": str(new_block_timestamp),      "data": new_block_data,      "hash": last_block_hash  }) + "\n"

現(xiàn)在，我們能控制特定的時(shí)間段內(nèi)挖到的區(qū)塊數(shù)量，并且我們給了網(wǎng)絡(luò)中的人新的幣，讓他們彼此發(fā)送。但是如我們說(shuō)的，我們只是在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上做的。如果區(qū)塊鏈?zhǔn)侨ブ行幕?，我們?cè)鯓硬拍艽_保每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有相同的鏈呢？要做到這一點(diǎn)，我們會(huì)使每個(gè)節(jié)點(diǎn)都廣播其（保存的）鏈的版本，并允許它們接受其它節(jié)點(diǎn)的鏈。然后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)校驗(yàn)其它節(jié)點(diǎn)的鏈，以便網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠達(dá)成最終的鏈的共識(shí)。這稱之為共識(shí)算法（consensus algorithm）。

我們的共識(shí)算法很簡(jiǎn)單：如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)的鏈與其它的節(jié)點(diǎn)的不同（例如有沖突），那么最長(zhǎng)的鏈保留，更短的鏈會(huì)被刪除。如果我們網(wǎng)絡(luò)上的鏈沒(méi)有了沖突，那么就可以繼續(xù)了。

@node.route('/blocks', methods=['GET'])def get_blocks():  chain_to_send = blockchain  # Convert our blocks into dictionaries  # so we can send them as json objects later  for block in chain_to_send:    block_index = str(block.index)    block_timestamp = str(block.timestamp)    block_data = str(block.data)    block_hash = block.hash    block = {      "index": block_index,      "timestamp": block_timestamp,      "data": block_data,      "hash": block_hash    }  # Send our chain to whomever requested it  chain_to_send = json.dumps(chain_to_send)  return chain_to_send def find_new_chains():  # Get the blockchains of every  # other node  other_chains = []  for node_url in peer_nodes:    # Get their chains using a GET request    block = requests.get(node_url + "/blocks").content    # Convert the JSON object to a Python dictionary    block = json.loads(block)    # Add it to our list    other_chains.append(block)  return other_chains def consensus():  # Get the blocks from other nodes  other_chains = find_new_chains()  # If our chain isn't longest,  # then we store the longest chain  longest_chain = blockchain  for chain in other_chains:    if len(longest_chain) < len(chain):      longest_chain = chain  # If the longest chain wasn't ours,  # then we set our chain to the longest  blockchain = longest_chain

我們差不多就要完成了。在運(yùn)行了完整的 SnakeCoin 服務(wù)器代碼之后，在你的終端可以運(yùn)行如下代碼。（假設(shè)你已經(jīng)安裝了 cCUL）。

1、創(chuàng)建交易

curl "localhost:5000/txion" \
     -H "Content-Type: application/json" \
     -d '{"from": "akjflw", "to":"fjlakdj", "amount": 3}'

2、挖一個(gè)新區(qū)塊

curl localhost:5000/mine

3、 查看結(jié)果。從客戶端窗口，我們可以看到。

對(duì)代碼做下美化處理，我們看到挖礦后我們得到的新區(qū)塊的信息：

{
  "index": 2,
  "data": {
    "transactions": [
      {
        "to": "fjlakdj",
        "amount": 3,
        "from": "akjflw"
      },
      {
        "to": "q3nf394hjg-random-miner-address-34nf3i4nflkn3oi",
        "amount": 1,
        "from": "network"
      }
    ],
    "proof-of-work": 36
  },
  "hash": "151edd3ef6af2e7eb8272245cb8ea91b4ecfc3e60af22d8518ef0bba8b4a6b18",
  "timestamp": "2017-07-23 11:23:10.140996"
}

看完上述內(nèi)容，你們對(duì)Python中怎么構(gòu)建一個(gè)極小的區(qū)塊鏈有進(jìn)一步的了解嗎？如果還想了解更多知識(shí)或者相關(guān)內(nèi)容，請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝大家的支持。