构建区块链

前言

小编认为学习区块链如何工作的最快方法是建立一个区块链。虽然网上有很多教程或视频，小编也一一浏览过，但是觉得那些示例效果…小编喜欢边做边学,小编希望在看过这篇文章之后您将拥有一个运行正常的区块链，并对它们的工作原理有扎实的了解。

请记住！！！区块链是一个不变的顺序记录链，称为块。它们可以包含事务，文件或您真正喜欢的任何数据。但是重要的是，它们使用哈希值链接在一起。

前期准备

pip install Flask==0.12.2  requests==2.18.4  

开始流程

步骤1：建立区块链

打开你最喜欢的文本编辑器或IDE，我个人❤️ PyCharm。创建一个新文件，名为blockchain.py（代表区块链）。

创建一个区块链类

小编在这里创建一个 Blockchain类，其构造函数创建一个初始的空列表（用于存储我们的区块链），并创建另一个用于存储事务。

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类负责管理链。它将存储事务，并具有一些用于将新块添加到链中的辅助方法。

块看起来像什么？

每个Block都有一个索引，一个时间戳（以Unix时间表示），一个事务列表，一个证明以及前一个Block的哈希值。
这是单个块的外观示例：

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

链的概念应该很明显每个新块本身都包含前一个块的哈希。这是至关重要的，因为这是赋予区块链不变性的原因：如果攻击者破坏了链中较早的区块，则所有后续区块将包含不正确的哈希。这么有意义吗？如果不是做，则需要花一些时间让它沉没-这是区块链背后的核心思想。

将交易添加到区块

将交易添加到区块，我们需要一种将交易添加到区块的方法。我们的new_transaction() 方法对此负责，这很简单：

class Blockchain(object): ... def new_transaction(self, sender, recipient, amount): """         Creates a new transaction to go into the next mined Block         :param sender: <str> Address of the Sender         :param recipient: <str> Address of the Recipient         :param amount: <int> Amount         :return: <int> 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 

new_transaction()将交易添加到列表中，它返回交易将添加到的区块的索引给下一个要开采的区块。以后，这对于提交事务的用户很有用。

创建新块

当我们的 Blockchain实例化后，我们需要使用创世块（没有前任的块）为它播种。我们还需要向我们的创始区块添加“证明”，这是挖掘（或工作证明）的结果。除了在我们的构造函数中创建的块之外，我们还将充实用于new_block()， new_transaction() 和 hash()：

import hashlib import json from time import time   class 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): """         Create a new Block in the Blockchain         :param proof: <int> The proof given by the Proof of Work algorithm         :param previous_hash: (Optional) <str> Hash of previous Block         :return: <dict> 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): """         Creates a new transaction to go into the next mined Block         :param sender: <str> Address of the Sender         :param recipient: <str> Address of the Recipient         :param amount: <int> Amount         :return: <int> 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): """         Creates a SHA-256 hash of a Block         :param block: <dict> Block         :return: <str>         """ # 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() 

代表区块链几乎完成了。但是在这一点上，您一点想知道如何创建，开采新块。

了解工作量证明

工作量证明算法（PoW）是在区块链上创建或挖掘新区块的方式。PoW的目标是发现可以解决问题的数字。从数字上来说， 该数字必须很难找到，但要易于被网络上的任何人验证。这是工作量证明的核心思想。
我们将看一个非常简单的示例来帮助解决这个问题。
让我们决定某个整数x乘以另一个y 的哈希必须以0结尾。hash(x * y) = ac23dc…0。对于这个简化的示例，让我们修复x = 5。在Python中实现：

from hashlib import sha256 x = 5 y = 0 # We don't know what y should be yet... while sha256(f'{x*y}'.encode()).hexdigest()[-1] != "0":     y += 1 print(f'The solution is y = {y}') 

解出是 y = 21。由于产生的哈希值以0结尾：

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

在比特币中，工作量证明算法称为Hashcash。而且与我们上面的基本示例并没有太大不同。这是矿工竞相解决以创建新区块的算法。通常，难度由字符串中搜索的字符数决定。然后，通过在交易中获得硬币，矿工将获得奖励，以奖励他们的解决方案。

实施基本的工作证明
让我们为区块链实现类似的算法。我们的规则将类似于上面的示例：
找出一个数字 p ，该数字与前一个块的解决方案进行哈希运算时，会导致4个前导0被生产。

import hashlib import json  from time import time from uuid import uuid4   class Blockchain(object): ... def proof_of_work(self, last_proof): """         Simple Proof of Work Algorithm:          - Find a number p' such that hash(pp') contains leading 4 zeroes, where p is the previous p'          - p is the previous proof, and p' is the new proof         :param last_proof: <int>         :return: <int>         """          proof = 0 while self.valid_proof(last_proof, proof) is False:             proof += 1 return proof      @staticmethod def valid_proof(last_proof, proof): """         Validates the Proof: Does hash(last_proof, proof) contain 4 leading zeroes?         :param last_proof: <int> Previous Proof         :param proof: <int> Current Proof         :return: <bool> True if correct, False if not.         """          guess = f'{last_proof}{proof}'.encode()         guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest() return guess_hash[:4] == "0000" 

要调整算法的难度，我们可以修改前导零的数量。但是4就足够了。您会发现，添加单个前导零将使找到解决方案所需的时间产生巨大差异。