Python创建区块链，邀请伴侣一块来测试！-天涯论坛

b1gc8v 发表于 2024-7-29 09:51:09

Python创建区块链，邀请伴侣一块来测试！

<img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_gif/yAyQKzCbAHaibMZruy7pmtdd3Datgn3gBdDCnicmanRH151QsUJYuJZZlEBZIuj3sHV4mPbxYGmRRWDG5kwhuuZA/640?wx_fmt=gif&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;">
对数字货币的崛起感到新奇的咱们，并且想晓得其背面的技术——区块链是怎么样实现的。作者认为最快的学习区块链的方式是自己创建一个，本文就跟随作者用Python来创建一个区块链。在实践中学习，经过构建一个区块链能够加深对区块链的理解。
准备工作
本文需求读者对Python有基本的理解，能读写基本的Python，并且需要对HTTP请求有基本的认识。点击查看►<a style="color: black;">Python难懂？买一次西瓜就懂了！</a>；HTTP请求：http://www.runoob.com/http/http-tutorial.html（复制到浏览器查看）
咱们晓得区块链是由于区块的记录形成的不可变、有序的链结构，记录能够是交易、文件或任何你想要的数据，重要的是它们是经过哈希值（hashes）链接起来的。
<h3 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">环境准备</h3>
保证已然安装Python3.6+, pip , Flask, requests，安装办法：
pip install Flask==0.12.2 requests==2.18.4

同期还需要一个HTTP客户端，例如Postman，cURL或其它客户端。参考

https://github.com/xilibi2003/blockchain
<h2 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">起始创建Blockchain</h2>
新建一个文件 blockchain.py，本文所有的代码都写在这一个文件中。
<h3 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">Blockchain类</h3>
首要创建一个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。以下是Blockchain类的框架：
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

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Blockchain类用来管理链条，它能存储交易，加入新块等，下面咱们来进一步完善这些办法。

块结构
每一个区块包含属性：索引（index），Unix时间戳（timestamp），交易列表（transactions），工作量证明（稍后解释）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
: [
       {           sender: "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00"
,           recipient: "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f"
,           amount: 5
,
       }
   ],   proof: 324984774000
,   previous_hash: "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"}

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到这儿，区块链的概念就清楚了，每一个新的区块都包括上一个区块的Hash，这是关键的一点，它保证了区块链不可变性。倘若攻击者破坏了前面的某个区块，那样后面所有区块的Hash都会变得不正确。不睬解的话，慢慢消化。

加入交易
接下来咱们需要添加一个交易，来完善下new_transaction办法：
class Blockchain(object):
 
   ...   def new_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
        :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

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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。
<h3 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">创建新块</h3>
当Blockchain实例化后，咱们需要构造一个创世块（无前区块的第1个区块），并且给它加上一个工作量证明。每一个区块都需要经过工作量证明，俗叫作挖矿，稍后会继续讲解。为了构造创世块，咱们还需要完善new_block(), new_transaction() 和hash() 办法：
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):       
 """
 生成新块
        :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，信息将加入到下一个待挖的区块中
        :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):       
 """
        生成块的 SHA-256 hash值
        :param block: Block
 
        :return:        """
       # We must make sure that the Dictionary is Ordered, or well have inconsistent hashes        block_string = json.dumps(block, sort_keys=True
).encode()       returnhashlib.sha256(block_string).hexdigest()
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经过上面的代码和注释能够对区块链有直观的认识，接下来咱们瞧瞧区块是怎么挖出来的。

<h3 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">理解工作量证明</h3>
新的区块依赖工作量证明算法（PoW）来构造，PoW的目的是找出一个符合特定要求的数字，这个数字很难计算出来，但容易验证。这便是工作量证明的核心思想。
为了方便理解，举个例子：假设一个整数 x 乘以另一个整数 y 的积的 Hash 值必须以 0 结尾，即hash(x * y) = ac23dc…0，设变量 x = 5，求 y 的值？用Python实现如下：
from hashlib import
 
 sha256x = 5y = 0  # y未知whilesha256(f{x*y}.encode()).hexdigest()[-1] != "0"
:   y += 1print(fThe solution is y = {y})

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结果是y=21. 由于：

hash(5 * 21) = 1253e9373e...5e3600155e860

在比特币中，运用叫作为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。一般，计算难度与目的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，会得到比特币奖励。
当然，在网络上非常容易验证这个结果。
<h3 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">实现工作量证明</h3>
让咱们来实现一个类似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。
import
 
 hashlibimport
 jsonfrom time import
 timefrom uuid import
 uuid4class Blockchain(object):
   ...   def proof_of_work(self, last_proof):       
 """
        简单的工作量证明:
         - 查询一个 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
        :param last_proof: 
        :return:        """
       proof = 0       whileself.valid_proof(last_proof, proof)is False
:           proof += 1       return
 proof   @staticmethod   def valid_proof(last_proof, proof):       
 """
        验证证明: 是不是hash(last_proof, proof)以4个0开头?
        :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"

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衡量算法繁杂度的办法是修改零开头的个数。运用4个来用于演示，你会发掘多一个零都会大大增多计算出结果所需的时间。此刻Blockchain类基本已然完成为了，接下来运用HTTP requests来进行交互。
<h2 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">Blockchain做为API接口</h2>
咱们将运用Python Flask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，此刻咱们来让Blockchain运行在基于Flask web上。
咱们将创建三个接口：
/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 返回全部区块链
<h3 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">创建节点</h3>
咱们的Flask服务器将扮演区块链网络中的一个节点。咱们先添加有些框架代码：
import
 
 hashlibimport
 jsonfrom textwrap import
 dedentfrom time import
 timefrom uuid import
 uuid4from flask import
 Flaskclass Blockchain(object):
   ...# Instantiate our Node
app = Flask(__name__)# Generate a globally unique address for this nodenode_identifier = str(uuid4()).replace(-
, )# Instantiate the Blockchain
blockchain = Blockchain()@app.route(/mine, methods=)def mine():   return "Well mine a new Block"@app.route(/transactions/new, methods=)def new_transaction():   return "Well add a new transaction"@app.route(/chain, methods=)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
)

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简单的说明一下以上代码：
第15行: 创建一个节点.
第18行: 为节点创建一个随机的名字.
第21行: 实例Blockchain类.
第24–26行: 创建/mine GET接口。
第28–30行: 创建/transactions/new POST接口,能够给接口发送交易数据.
第32–38行: 创建 /chain 接口, 返回全部区块链.第40–41行: 服务运行在端口5000上.

<h3 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">发送交易</h3>
发送到节点的交易数据结构如下：
{"sender": "my address"
,"recipient": "someone elses address"
,"amount": 5}

之前已然有添加交易的方法，基于接口来添加交易就很简单了
import
 
 hashlibimport
 jsonfrom textwrap import
 dedentfrom time import
 timefrom uuid import
 uuid4from flask import
 Flask, jsonify, request
...@app.route(/transactions/new, methods=)def new_transaction():
   values = request.get_json()   # Check that the required fields are in the POSTed datarequired = [sender, recipient, amount
]   if not all(k in values for k in
 required):       return Missing values, 400   # Create a new Transactionindex = blockchain.new_transaction(values[sender], values[recipient], values[amount
])   response = {message: fTransaction will be added to Block {index}
}   return jsonify(response), 201

<h3 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">▲向右移动，查看完整文本</h3>
<h3 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">挖矿</h3>
挖矿正是神奇所在，它很简单，做了一下三件事：
计算工作量证明PoW
经过新增一个交易授予矿工（自己）一个币
构造新区块并将其添加到链中
import
 
 hashlibimport
 jsonfrom time import
 timefrom uuid import
 uuid4from flask import
Flask, jsonify, request
...@app.route(/mine, methods=)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)   # 给工作量证明的节点供给奖励.   # 发送者为 "0" 显示是新挖出的币
   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

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重视交易的接收者是咱们自己的服务器节点，咱们做的大部分工作都只是围绕Blockchain类办法进行交互。到此，咱们的区块链就算完成为了，咱们来实质运行下。

<h2 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">运行区块链</h2>
你能够运用cURL 或Postman 去和API进行交互，起步server：
$ python
 
 blockchain.py* Runingon http://127.0.0.1:5000/ (Press CTRL+C to quit)

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让咱们经过请求 http://localhost:5000/mine 来进行挖矿
<img src="data:image/svg+xml,%3C%3Fxml version=1.0 encoding=UTF-8%3F%3E%3Csvg width=1px height=1px viewBox=0 0 1 1 version=1.1 xmlns=http://www.w3.org/2000/svg xmlns:xlink=http://www.w3.org/1999/xlink%3E%3Ctitle%3E%3C/title%3E%3Cg stroke=none stroke-width=1 fill=none fill-rule=evenodd fill-opacity=0%3E%3Cg transform=translate(-249.000000, -126.000000) fill=%23FFFFFF%3E%3Crect x=249 y=126 width=1 height=1%3E%3C/rect%3E%3C/g%3E%3C/g%3E%3C/svg%3E" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;">
经过post请求，添加一个新交易
<img src="data:image/svg+xml,%3C%3Fxml version=1.0 encoding=UTF-8%3F%3E%3Csvg width=1px height=1px viewBox=0 0 1 1 version=1.1 xmlns=http://www.w3.org/2000/svg xmlns:xlink=http://www.w3.org/1999/xlink%3E%3Ctitle%3E%3C/title%3E%3Cg stroke=none stroke-width=1 fill=none fill-rule=evenodd fill-opacity=0%3E%3Cg transform=translate(-249.000000, -126.000000) fill=%23FFFFFF%3E%3Crect x=249 y=126 width=1 height=1%3E%3C/rect%3E%3C/g%3E%3C/g%3E%3C/svg%3E" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;">
倘若不是运用Postman，则用一下的cURL语句亦是同样的：
$ curl -X POST -H "Content-Type: application/json" -d 
{
"sender": "d4ee26eee15148ee92c6cd394edd974e",
"recipient": "someone-other-address",
"amount": 5}
 "http://localhost:5000/transactions/new"
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在挖了两次矿之后，就有3个块了，经过请求 http://localhost:5000/chain 能够得到所有的块信息。

{ "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}

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一致性（共识）
咱们已然有了一个基本的区块链能够接受交易和挖矿。然则区块链系统应该是分布式的。既然是分布式的，那样咱们到底拿什么保准所有节点有一样的链呢？这便是一致性问题，咱们想要在网络上有多个节点，就必须实现一个一致性的算法。
<h3 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">注册节点</h3>
在实现一致性算法之前，咱们需要找到一种方式让一个节点晓得它相邻的节点。每一个节点都需要保留一份包括网络中其它节点的记录。因此呢让咱们新增几个接口：
/nodes/register 接收URL形式的新节点列表
/nodes/resolve 执行一致性算法，处理任何冲突，保证节点持有正确的链
咱们修改下Blockchain的init函数并供给一个注册节点办法：

...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)

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咱们用 set 来储存节点，这是一种避免重复添加节点的简单办法。

实现共识算法
前面说到，冲突指的是区别的节点持有区别的链，为认识决这个问题，规定最长的、有效的链才是最后的链，换句话说，网络中有效最长链才是实质的链。咱们运用一下的算法，来达到网络中的共识。
...
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           print(f{last_block}
)           print(f{block}
)           print("\n-----------\n"
)           # 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)
:       ""
 "
 共识算法解决冲突
        运用网络中最长的链.
        :return: True 倘若链被取代, 否则为False
        "
""       neighbours = self
.nodes
       new_chain = None       # Were 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(fhttp://{node}/chain
)           ifresponse.status_code ==200
:               length = response.json()[length
]               chain = response.json()[chain
]               # Check if the length is longer and the chain is valid               iflength > max_lengthand 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

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第1个办法 valid_chain() 用来检测是不是是有效链，遍历每一个块验证hash和proof；第二个办法 resolve_conflicts() 用来处理冲突，遍历所有的邻居节点，并用上一个办法检测链的有效性，倘若发掘有效更长链，就替换掉自己的链。
让咱们添加两个路由，一个用来注册节点，一个用来处理冲突。
@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

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你能够在区别的设备运行节点，或在一台机机开启区别的网络端口来模拟多节点的网络，这儿在同一台设备开启区别的端口演示，在区别的终端运行一下命令，就起步了两个节点：http://localhost:5000 和 http://localhost:5001

pipenv
 
 run python blockchain.pypipenv run python blockchain.py -p 5001
<img src="data:image/svg+xml,%3C%3Fxml version=1.0 encoding=UTF-8%3F%3E%3Csvg width=1px height=1px viewBox=0 0 1 1 version=1.1 xmlns=http://www.w3.org/2000/svg xmlns:xlink=http://www.w3.org/1999/xlink%3E%3Ctitle%3E%3C/title%3E%3Cg stroke=none stroke-width=1 fill=none fill-rule=evenodd fill-opacity=0%3E%3Cg transform=translate(-249.000000, -126.000000) fill=%23FFFFFF%3E%3Crect x=249 y=126 width=1 height=1%3E%3C/rect%3E%3C/g%3E%3C/g%3E%3C/svg%3E" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;">
而后在节点2上挖两个块，保证是更长的链，而后在节点1上拜访接口/nodes/resolve ,此时节点1的链会经过共识算法被节点2的链取代。
<img src="data:image/svg+xml,%3C%3Fxml version=1.0 encoding=UTF-8%3F%3E%3Csvg width=1px height=1px viewBox=0 0 1 1 version=1.1 xmlns=http://www.w3.org/2000/svg xmlns:xlink=http://www.w3.org/1999/xlink%3E%3Ctitle%3E%3C/title%3E%3Cg stroke=none stroke-width=1 fill=none fill-rule=evenodd fill-opacity=0%3E%3Cg transform=translate(-249.000000, -126.000000) fill=%23FFFFFF%3E%3Crect x=249 y=126 width=1 height=1%3E%3C/rect%3E%3C/g%3E%3C/g%3E%3C/svg%3E" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;">
好啦，你能够邀请伴侣们一块来测试你的区块链！
End.
作者：Daniel van Flymen；译者：Tiny熊
源自：learnblockchain
原文链接：https://learnblockchain.cn/2017/10/27/build_blockchain_by_python/
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nqkk58 发表于 2024-9-26 08:53:09

你的见解独到，让我受益匪浅，非常感谢。

nqkk58 发表于 2024-9-27 13:09:37

我完全同意你的观点，说得太对了。

nykek5i 发表于 2024-10-1 09:19:56

外链发布论坛学习网络优化SEO。

1fy07h 发表于 2024-10-8 16:52:00

可以发布外链的网站 http://www.fok120.com/

nykek5i 发表于 2024-10-17 10:15:24

外链论坛的成功举办，是与各位领导、同仁们的关怀和支持分不开的。在此，我谨代表公司向关心和支持论坛的各界人士表示最衷心的感谢！

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