教你用Python從0開始創(chuàng)建一個(gè)區(qū)塊鏈

“三點(diǎn)鐘區(qū)塊鏈”無疑成為了大家春節(jié)期間焦慮的根源，而“區(qū)塊鏈”注定是 2018 年被持續(xù)討論、關(guān)注的行業(yè)性熱點(diǎn)話題。

3 月 1 日，朱嘯虎對正翻涌不斷的區(qū)塊鏈熱潮再次開炮，在朋友圈一張畫滿區(qū)塊鏈應(yīng)用的圖上，朱嘯虎質(zhì)疑：所有這些應(yīng)用加在一起，有多少日活用戶？“2000 年的互聯(lián)網(wǎng)泡沫至少還有 eyeball，今天的區(qū)塊鏈除了炒幣外還有什么”？

在此之前，朱嘯虎在朋友圈轉(zhuǎn)發(fā)了諷刺區(qū)塊鏈投資熱的文章《來，喝了這碗?yún)^(qū)塊鏈的毒雞湯！》，并聲明：“不要拉我進(jìn)任何 3 點(diǎn)鐘群，有些風(fēng)口寧愿錯(cuò)過，有些錢寧愿不賺，大家晚節(jié)保重?！敝靽[虎還表示，說 ICO 是龐氏騙局是在侮辱龐氏騙局。

作為程序員的你，再不懂這個(gè)技術(shù)，2018 可能會(huì)被淘汰！下面和小編一起從十個(gè)幽默段子入門區(qū)塊鏈吧！

01 笑噴！區(qū)塊鏈?zhǔn)畟€(gè)段子集錦

1、假如你是一位女性，你男朋友每次跟你說一句肉麻的話或者承諾給你買東西，你都立刻錄下來并且發(fā)給你的和他的所有閨蜜、同學(xué)、同事，還有各種群和朋友圈，讓他再也無法抵賴，這叫區(qū)塊鏈。

2、麻將是中國傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈項(xiàng)目：四個(gè)礦工一組，先碰撞出 13 個(gè)數(shù)字正確哈希值的礦工可以獲得記賬權(quán)并得到獎(jiǎng)勵(lì)。不可篡改。因?yàn)檎f服其他三個(gè)人需要消耗太多算力和體力。

3、玩夜店的小姐姐和玩虛擬幣的小哥哥們有幾處相似：

• 都是自認(rèn)聰明的優(yōu)秀群體

• 不給自己賺錢的都是傻 X 屌絲

• 都認(rèn)識(shí)很多大佬

• 都明白很多道理

• 都是在等自己漲價(jià)或者自己的虛擬幣漲價(jià)被別人接盤

4、區(qū)塊鏈?zhǔn)钦?jīng)技術(shù)，各種幣正不正經(jīng)就不知道了。

5、吳三桂在山海關(guān)沖冠一怒，本質(zhì)是為了爭奪睡陳圓圓的權(quán)力；大佬們在區(qū)塊鏈路上的互懟，本質(zhì)是為了爭奪割韭菜的權(quán)力。

6、新學(xué)期剛開始，兒子問老爸：「父親工作一欄怎么填？是寫幣民嗎？」老爸猶豫了一下說：「就寫多家上市公司股東?！?/span>

7、最近數(shù)字貨幣很火，很多山寨幣都是幾倍幾十倍的增長。很多炒幣的開始飄飄然，叫囂什么「一幣一嫩?！?。有朋友就問我要不要跟？我觀點(diǎn)很簡單：淘金熱，一窩蜂淘金，風(fēng)險(xiǎn)很大。所以，讓他們叫「一幣一嫩?！谷グ?，不要跟風(fēng)盲目炒幣，我們應(yīng)該賺他們的錢——去當(dāng)嫩模！當(dāng)嫩模！嫩模！

8、我昨天遇見一幣友，問他：「近來幣市暴降，睡覺質(zhì)量怎么樣？」

他說：「還行，像嬰兒般睡覺！」

我說：「羨慕了。」

他說：「是睡一個(gè)小時(shí)，醒了，然后哭一個(gè)小時(shí)，接著，再睡一個(gè)小時(shí)，起來再哭一個(gè)小時(shí)?！?/span>

9、老同志語重心長地對 80、90 后說：「別玩那些比特幣，那些虛擬的玩意，做點(diǎn)實(shí)事在北京買個(gè)房、娶個(gè)媳婦，多好！」90 后回答說：「你們都把幾千塊錢成本的房子搞到10萬一平米了。我們不另尋出路，搞一串串?dāng)?shù)字 10 萬一個(gè)賣給你們，我們拿什么買得起房子??？」

10、首先感謝公司拿出價(jià)值 100 萬的比特幣作為給員工的獎(jiǎng)勵(lì)，其次我覺得自己很幸運(yùn)能拿到這 95 萬的獎(jiǎng)勵(lì)，然后我覺得我還是要好好規(guī)劃一下這 86 萬的用處，畢竟 70 萬也不是一筆小錢，我打算拿出 20 萬給父母，剩下的 36 萬暫時(shí)還沒想好怎么用，總之，感謝公司價(jià)值 30 萬的比特幣的獎(jiǎng)勵(lì)，謝謝，祝大家和我一樣都能得到這 15 萬的獎(jiǎng)勵(lì)。

02 圖解：大白話了解到底區(qū)塊鏈?zhǔn)莻€(gè)啥？

1. what is 區(qū)塊鏈

“區(qū)塊鏈僅僅是一門技術(shù)而已”，“比特幣”僅僅是區(qū)塊鏈技術(shù)的一種應(yīng)用而已， 就好比，一個(gè)人會(huì)廚藝的技術(shù)，但是應(yīng)用起他的廚藝可以做出“宮保雞丁”、”魚香肉絲”等各式的菜肴。

那么，到底“區(qū)塊鏈”是個(gè)啥？我們這里借助網(wǎng)上一個(gè)比較流行的段子，將它用圖形的形式展示給大家。

我們可以將“比特幣”抽象成“某榮的照片”如上圖所示，如果網(wǎng)上很多用戶想要得到某榮的照片，需要到一個(gè)固定的網(wǎng)站去搜索。

當(dāng)然你也沒其他地方可去嘛，那么好了，這個(gè)某榴網(wǎng)站天天給你彈出廣告啊，小窗口啊，你都得忍著，沒辦法，因?yàn)榫瓦@一個(gè)地方可以獲取嘛。

再者，這個(gè)網(wǎng)站突然被警察叔叔封殺了咋辦？或者斷電？斷網(wǎng)？管他啥的，反正就是服務(wù)器崩潰了，那么悲劇的“某榮”粉絲們心愛的 2100 張照片將全部失去提供資源的場所。

這就是網(wǎng)上流傳的新詞“中心化”嘍，他的弊端就是資源集中一起，抗風(fēng)險(xiǎn)容錯(cuò)性很弱。資源容易丟失。

那么，怎么解決這個(gè)問題呢？我們試想，能不能讓每個(gè)“某榮”粉絲，都擁有這 2100 張照片呢？比如下圖：

這樣的話，貌似就不用在依賴那個(gè)“某榴”網(wǎng)站了呢。即使某個(gè)粉絲突然電腦崩潰，他隨便找一個(gè)其他粉絲來獲得這 2100 張照片，不愁了，不愁了。

后來，一個(gè)叫“某本聰”的一個(gè)虛擬人物提供了,一個(gè)擁有協(xié)議的某榮照片共享文件夾，用戶可以從中獲取照片，但是必須遵循協(xié)議。

這樣，每個(gè)粉絲都可以從這個(gè)文件夾中獲取那 2100 張某榮的照片，但是全部獲取的粉絲必須要遵循一個(gè)協(xié)議，當(dāng)然是人家某本聰定義的協(xié)議啦。

“不得復(fù)制，修改，共享文件中的任意照片，粉絲們在共享文件夾中的任何行為都會(huì)被記錄，并且是按照時(shí)間去記錄！”

粉絲們這么喜愛某榮，而且不需要去某榴獲取，當(dāng)然就紛紛踴躍加入了~

忽然，有一天，調(diào)皮的小 One 想要違背規(guī)則，在 2018 年 1 月 15 日中午 12 點(diǎn)刪除編號(hào)為 1-100 的某榮照片。

根據(jù)協(xié)議，這個(gè)行為會(huì)被記錄，并且會(huì)廣播給其他粉絲。

照片到底被刪除了么？當(dāng)然不是，因?yàn)樾÷妒掷镆灿姓掌?，她收到廣播后可以立刻恢復(fù)共享文件夾中已經(jīng)刪除的照片，小 One 永遠(yuǎn)別想對“共享文件夾”搞修改破壞，且所有行為都同步記錄在其他用戶的電腦里。

這就是區(qū)塊鏈，數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)，去中心化。按時(shí)間戳廣播記錄所有行為，無法修改、破壞數(shù)據(jù)源或造假。

除非同一時(shí)刻炸掉 100 萬個(gè)用戶的電腦，或互聯(lián)網(wǎng)消失，或世界毀滅....否則數(shù)據(jù)將永遠(yuǎn)存在~~

如何增加區(qū)塊鏈保護(hù)的資源？“某本聰”又來了。他說，你們是可以在文件中添加某榮照片的，但是呢，你們各位必須達(dá)到某種“共識(shí)”？啥是“共識(shí)”，就是我們都承認(rèn)的規(guī)則嘍。

那到底是個(gè)啥共識(shí)呢？啊，小 One 和小露立刻了解了某本聰?shù)囊馑迹诿磕暌?guī)定的時(shí)間內(nèi)，盡快拍出 100 張某榮的照片，這樣就可以添加到“某榮共享文件夾”了，我們的資源就擴(kuò)充了。

但是，好景不長。某本聰發(fā)現(xiàn)大量的拍照，沖擊前 100，那很快就能達(dá)成了，拍照就沒有難度了。

而且照片質(zhì)量還差，好像誰都能輕易的添加照片資源，這樣就保證不了某榮的照片質(zhì)量了。于是，某本聰再次降臨，增加拍照的共識(shí)難度。

小 One 和小露作為忠實(shí)的粉絲，怎能放棄，他們買了高端相機(jī)，讓某榮擺出各種姿勢，花費(fèi)大量的時(shí)間和汗水完成了高質(zhì)量的照片，當(dāng)然自己也非常的辛苦。

這樣高質(zhì)量的照片就可以添加到“某榮的文件夾”中了。

2. 何為 ICO？

小 One 想：每張照片都是不可造假破壞的，所以具有唯一性，還有單獨(dú)編號(hào)，給每一張照片估價(jià)，它不就值錢了嗎？就像現(xiàn)實(shí)世界中無法復(fù)制的名畫一樣！

小 One 就把之前的某榮照片，構(gòu)造出來相應(yīng)的“某榮幣”，當(dāng)然這個(gè)行為就向我們的政府通過國庫的黃金數(shù)額發(fā)行等價(jià)的人民幣類似啦。

估值呢，當(dāng)然小 One 說的算啦，人家是照片的擁有者嘛。

為了證實(shí)某榮幣 5W 塊一個(gè)，小 One 首先購買了 2100 個(gè)中的 1100 個(gè)，剩下的發(fā)行給吃瓜群眾們啦，我們已經(jīng)用 5W 買一個(gè)，說明他已經(jīng)值這個(gè)價(jià)錢啦，剩下 1000 個(gè)大家一起買吧。

這樣的話如果 2100 個(gè)全部認(rèn)購出去，2100 個(gè)某榮幣可以就估值 1.05 億塊哦~這種通過數(shù)字貨幣的發(fā)行而得到融資的過程就是 ICO 啦。

根據(jù)這個(gè)圖的含義，如果小 One 和小露是一個(gè)可信任的機(jī)構(gòu)或者公眾人物，還是可以相信他們的，當(dāng)然啦也會(huì)有很多不法分子惡意發(fā)行貨幣來套現(xiàn)的。

這也是我們國家為什么禁止 ICO 發(fā)行的原因啦，因?yàn)槟壳皼]有一個(gè)完善的 ICO 監(jiān)管條例能夠保證發(fā)行貨幣的機(jī)構(gòu)的可信任性和合法的監(jiān)管他們，所以吃瓜群眾們要自己承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)找到一個(gè)可信的機(jī)構(gòu)。

這樣 2100 個(gè)某榮幣全部認(rèn)購成功，基金成立，這就是 ICO。當(dāng)然吃瓜群眾也可以繼續(xù)拍照創(chuàng)造某榮幣，就是有點(diǎn)難罷了。

現(xiàn)在各位了解什么是區(qū)塊鏈和 ICO 了吧~下面手把手教你如何用 Python語言創(chuàng)建一個(gè)區(qū)塊鏈？

03 用 Python 從 0 開始創(chuàng)建一個(gè)區(qū)塊鏈

對數(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。本文通過 Python 構(gòu)建一個(gè)區(qū)塊鏈可以加深對區(qū)塊鏈的理解。

1. 準(zhǔn)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(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哈希值（hashes）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。

（1）環(huán)境準(zhǔn)備：

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

（2）安裝方法：

pip install Flask==0.12.2 requests==2.18.4

同時(shí)還需要一個(gè) HTTP 客戶端，比如 Postman、cURL 或其他客戶端。

參考源代碼（原代碼在我翻譯的時(shí)候，無法運(yùn)行，我 fork 了一份，修復(fù)了其中的錯(cuò)誤，并添加了翻譯，感謝 star）。

2. 開始創(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。

（1）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：

class Blockchain(object): def __init__(self): self.chain = [] self.current_transactions = [] def new_block(self): # Creates a new Block and adds it to the chain pass def new_transaction(self): # Adds a new transaction to the list of transactions pass @staticmethod def hash(block): # Hashes a Block pass @property def last_block(self): # Returns the last Block in the chain pass

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

（2）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)：

block = { 'index': 1, 'timestamp': 1506057125.900785, 'transactions': [ { 'sender': "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00", 'recipient': "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f", 'amount': 5, } ], 'proof': 324984774000, 'previous_hash': "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"}

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)塊鏈的不可變性。

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 %}。

（3）加入交易

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

class Blockchain(object): ... def new_transaction(self, sender, recipient, amount): """ 生成新交易信息，信息將加入到下一個(gè)待挖的區(qū)塊中 :param sender: Address of the Sender :param recipient: Address of the Recipient :param amount: Amount :return: The index of the Block that will hold this transaction """ self.current_transactions.append({ 'sender': sender, 'recipient': recipient, 'amount': amount, }) return self.last_block['index'] + 1

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。

（4）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：

import hashlibimport jsonfrom time import timeclass Blockchain(object): def __init__(self): self.current_transactions = [] self.chain = [] # Create the genesis block self.new_block(previous_hash=1, proof=100) def new_block(self, proof, previous_hash=None): """ 生成新塊 :param proof: The proof given by the Proof of Work algorithm :param previous_hash: (Optional) Hash of previous Block :return: New Block """ block = { 'index': len(self.chain) + 1, 'timestamp': time(), 'transactions': self.current_transactions, 'proof': proof, 'previous_hash': previous_hash or self.hash(self.chain[-1]), } # Reset the current list of transactions self.current_transactions = [] self.chain.append(block) return block def new_transaction(self, sender, recipient, amount): """ 生成新交易信息，信息將加入到下一個(gè)待挖的區(qū)塊中 :param sender: Address of the Sender :param recipient: Address of the Recipient :param amount: Amount :return: The index of the Block that will hold this transaction """ self.current_transactions.append({ 'sender': sender, 'recipient': recipient, 'amount': amount, }) return self.last_block['index'] + 1 @property def last_block(self): return self.chain[-1] @staticmethod def hash(block): """ 生成塊的 SHA-256 hash值 :param block: Block :return: """ # We must make sure that the Dictionary is Ordered, or we'll have inconsistent hashes block_string = json.dumps(block, sort_keys=True).encode() return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()

通過上面的代碼和注釋可以對區(qū)塊鏈有直觀的了解，接下來我們看看區(qū)塊是怎么挖出來的。

（5）理解工作量證明

新的區(qū)塊依賴工作量證明算法（PoW）來構(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，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：

from hashlib import sha256x = 5y = 0 # y未知while sha256(f'{x*y}'.encode()).hexdigest()[-1] != "0": y += 1print(f'The solution is y = {y}')

結(jié)果是：y = 21，因?yàn)椋?/span>

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?yōu)榱藸帄Z創(chuàng)建區(qū)塊的權(quán)利而爭相計(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。

（6）實(shí)現(xiàn)工作量證明

讓我們來實(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)零開頭。

import hashlibimport jsonfrom time import timefrom uuid import uuid4class Blockchain(object): ... def proof_of_work(self, last_proof): """ 簡單的工作量證明: - 查找一個(gè) p' 使得 hash(pp') 以4個(gè)0開頭 - p 是上一個(gè)塊的證明, p' 是當(dāng)前的證明 :param last_proof: :return: """ proof = 0 while self.valid_proof(last_proof, proof) is False: proof += 1 return proof @staticmethod def valid_proof(last_proof, proof): """ 驗(yàn)證證明: 是否hash(last_proof, proof)以4個(gè)0開頭? :param last_proof: Previous Proof :param proof: Current Proof :return: True if correct, False if not. """ guess = f'{last_proof}{proof}'.encode() guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest() return guess_hash[:4] == "0000"

衡量算法復(fù)雜度的辦法是修改零開頭的個(gè)數(shù)。使用 4 個(gè)零來用于演示，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，接下來使用 HTTP requests 來進(jìn)行交互。

2. 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)請求映射到 Python 函數(shù)，現(xiàn)在我們來讓 Blockchain 運(yùn)行在 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

（1）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：

import hashlibimport jsonfrom textwrap import dedentfrom time import timefrom uuid import uuid4from flask import Flaskclass Blockchain(object): ...# Instantiate our Nodeapp = Flask(__name__)# Generate a globally unique address for this nodenode_identifier = str(uuid4()).replace('-', '')# Instantiate the Blockchainblockchain = Blockchain()@app.route('/mine', methods=['GET'])def mine(): return "We'll mine a new Block"@app.route('/transactions/new', methods=['POST'])def new_transaction(): return "We'll add a new transaction"@app.route('/chain', methods=['GET'])def full_chain(): response = { 'chain': blockchain.chain, 'length': len(blockchain.chain), } return jsonify(response), 200if __name__ == '__main__': app.run(host='0.0.0.0', port=5000)

簡單的說明一下以上代碼：

• 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。

（2）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：

{ "sender": "my address", "recipient": "someone else's address", "amount": 5}

之前已經(jīng)有添加交易的方法，基于接口來添加交易就很簡單了：

import hashlibimport jsonfrom textwrap import dedentfrom time import timefrom uuid import uuid4from flask import Flask, jsonify, request...@app.route('/transactions/new', methods=['POST'])def new_transaction(): values = request.get_json() # Check that the required fields are in the POST'ed data required = ['sender', 'recipient', 'amount'] if not all(k in values for k in required): return 'Missing values', 400 # Create a new Transaction index = blockchain.new_transaction(values['sender'], values['recipient'], values['amount']) response = {'message': f'Transaction will be added to Block {index}'} return jsonify(response), 201

（3）挖礦

挖礦正是神奇所在，它很簡單，做了以下三件事：

• 計(jì)算工作量證明 PoW。

• 通過新增一個(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。

import hashlibimport jsonfrom textwrap import dedentfrom time import timefrom uuid import uuid4from flask import Flask, jsonify, request...import hashlibimport jsonfrom time import timefrom uuid import uuid4from flask import Flask, jsonify, request...@app.route('/mine', methods=['GET'])def mine(): # We run the proof of work algorithm to get the next proof... last_block = blockchain.last_block last_proof = last_block['proof'] proof = blockchain.proof_of_work(last_proof) # 給工作量證明的節(jié)點(diǎn)提供獎(jiǎng)勵(lì). # 發(fā)送者為 "0" 表明是新挖出的幣 blockchain.new_transaction( sender="0", recipient=node_identifier, amount=1, ) # Forge the new Block by adding it to the chain block = blockchain.new_block(proof) response = { 'message': "New Block Forged", 'index': block['index'], 'transactions': block['transactions'], 'proof': block['proof'], 'previous_hash': block['previous_hash'], } return jsonify(response), 200

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，我們來實(shí)際運(yùn)行下。

（4）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：

$ python blockchain.py* Runing on http://127.0.0.1:5000/ (Press CTRL+C to quit)

讓我們通過請求 http://localhost:5000/mine 來進(jìn)行挖礦：

通過 post 請求，添加一個(gè)新交易：

如果不是使用 Postman，則用以下的 cURL 語句也是一樣的：

$ curl -X POST -H "Content-Type: application/json" -d '{ "sender": "d4ee26eee15148ee92c6cd394edd974e", "recipient": "someone-other-address", "amount": 5}' "http://localhost:5000/transactions/new"

在挖了兩次礦之后，就有 3 個(gè)塊了，通過請求 http://localhost:5000/chain 可以得到所有的塊信息。

{ "chain": [ { "index": 1, "previous_hash": 1, "proof": 100, "timestamp": 1506280650.770839, "transactions": [] }, { "index": 2, "previous_hash": "c099bc...bfb7", "proof": 35293, "timestamp": 1506280664.717925, "transactions": [ { "amount": 1, "recipient": "8bbcb347e0634905b0cac7955bae152b", "sender": "0" } ] }, { "index": 3, "previous_hash": "eff91a...10f2", "proof": 35089, "timestamp": 1506280666.1086972, "transactions": [ { "amount": 1, "recipient": "8bbcb347e0634905b0cac7955bae152b", "sender": "0" } ] } ], "length": 3}

3. 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。

（1）注冊節(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)中其他節(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)注冊節(jié)點(diǎn)方法：

...from urllib.parse import urlparse...class Blockchain(object): def __init__(self): ... self.nodes = set() ... def register_node(self, address): """ Add a new node to the list of nodes :param address: Address of node. Eg. 'http://192.168.0.5:5000' :return: None """ parsed_url = urlparse(address) self.nodes.add(parsed_url.netloc)

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

（2）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)問題，規(guī)定最長的、有效的鏈才是最終的鏈，換句話說，網(wǎng)絡(luò)中有效最長鏈才是實(shí)際的鏈。

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

...import requestsclass Blockchain(object) ... def valid_chain(self, chain): """ Determine if a given blockchain is valid :param chain: A blockchain :return: True if valid, False if not """ last_block = chain[0] current_index = 1 while current_index < len(chain): ? ? ? ? ? ?block = chain[current_index] ? ? ? ? ? ?print(f'{last_block}') print(f'{block}') print(" ----------- ") # Check that the hash of the block is correct if block['previous_hash'] != self.hash(last_block): return False # Check that the Proof of Work is correct if not self.valid_proof(last_block['proof'], block['proof']): return False last_block = block current_index += 1 return True def resolve_conflicts(self): """ 共識(shí)算法解決沖突 使用網(wǎng)絡(luò)中最長的鏈. :return: True 如果鏈被取代, 否則為False """ neighbours = self.nodes new_chain = None # We're only looking for chains longer than ours max_length = len(self.chain) # Grab and verify the chains from all the nodes in our network for node in neighbours: response = requests.get(f'http://{node}/chain') if response.status_code == 200: length = response.json()['length'] chain = response.json()['chain'] # Check if the length is longer and the chain is valid if length > max_length and self.valid_chain(chain): max_length = length new_chain = chain # Replace our chain if we discovered a new, valid chain longer than ours if new_chain: self.chain = new_chain return True return False

第一個(gè)方法 valid_chain() 用來檢查是否是有效鏈，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)有效更長鏈，就替換掉自己的鏈。

讓我們添加兩個(gè)路由，一個(gè)用來注冊節(jié)點(diǎn)，一個(gè)用來解決沖突。

@app.route('/nodes/register', methods=['POST'])def register_nodes(): values = request.get_json() nodes = values.get('nodes') if nodes is None: return "Error: Please supply a valid list of nodes", 400 for node in nodes: blockchain.register_node(node) response = { 'message': 'New nodes have been added', 'total_nodes': list(blockchain.nodes), } return jsonify(response), 201@app.route('/nodes/resolve', methods=['GET'])def consensus(): replaced = blockchain.resolve_conflicts() if replaced: response = { 'message': 'Our chain was replaced', 'new_chain': blockchain.chain } else: response = { 'message': 'Our chain is authoritative', 'chain': blockchain.chain } return jsonify(response), 200

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)開啟不同的網(wǎng)絡(luò)端口來模擬多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。

這里在同一臺(tái)機(jī)器開啟不同的端口演示，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)：

• http://localhost:5000

• http://localhost:5001

pipenv run python blockchain.pypipenv run python blockchain.py -p 5001

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

好啦，你可以邀請朋友們一起來測試你的區(qū)塊鏈。