区块链研究实验室|通过使用Python构建区块链学习区块链原理

在开始构建之前，您需要了解区块链的基础知识。

区块链是可以用来记录数据的系统。例如这意味着可以在正规银行进行转账，但也可以包含所有权合约、协议、个人信息或其他数据。

区块链的特殊之处在于，无需中央授权就可以实现。无法通过破坏一个中心点来伪造记录数据。区块链最著名的实现是比特币。

本教程是供具有一点Python知识的绝对初学者使用的，让我们开始吧！

要求

确保您已安装最新版本的Python。另外，您需要安装两个称为Flask和Requests的Python库：

pipinstallFlaskrequest

对于这些请求，我建议下载Postman。

入门

创建一个新的Python文件。我称它为app.py。首先我们应该创建一个Blockchain类：

classBlockchain(object):

创建构造函数时，我们添加一个空列表来存储链：

         def__init__(self):          self.chain=[]

现在，我们需要创建一个列表来存储我们的交易，因此我们的Blockchain类现在看起来像这样：

classBlockchain(object):def__init__(self):self.chain=[]self.current_transactions=[]

为了用数据填充这些列表，我们创建了两个方法（addBlock（）和addTransaction（））：

defaddBlock(self):passdefaddTransaction(self):pass

这些函数目前无法执行任何操作，但是我们在后面将进行数据填充。

为了以安全的方式存储数据，我们对数据进行哈希处理。创建一个hash（）方法。这是一种静态方法，因此不要忘记添加@staticmethod：

@staticmethoddefhash(block):pass

最后，创建一个lastBlock（）方法：

@propertydeflastBlock(self):pass

创建一个区块

现在我们需要考虑如何显示块。首先它需要一个index和timestamp。我敢打赌，您会明白的，但是证明呢？那是什么？最好的解释方法是稍后再做。

我们的区块还需要一个transactions和一个previous_hash，它是前一个块的哈希。

创建新事务

为了创建一个新的事务，我们创建了addTransaction（）方法。现在让我们用代码填充它。

首先，我们应该传入一些参数（self、sender、receiver、amount）：

defnew_transaction(self,sender,recipient,amount):

现在，我们将新交易添加到我们的交易列表中：

self.current_transactions.append({'sender':sender,'recipient':recipient,'amount':amount,})

最后，此方法需要返回事务的索引：

returnself.last_block['index']+1

这使得方法如下所示：

defaddTransaction(self,sender,recipient,amount):self.current_transactions.append({'sender':sender,'recipient':recipient,'amount':amount,})returnself.last_block['index']+1

创建一个新区块

在开始创建新区块之前，需要在构造函数中创建一个核心去块：

self.new_block(previous_hash=1,proof=100)

然后我们可以填写addBlock（）方法：

defaddBlock(self,proof,previous_hash=None):block={'index':len(self.chain)+1,'timestamp':time(),'transactions':self.current_transactions,'proof':proof,'previous_hash':previous_hashorself.hash(self.chain[-1]),}self.current_transactions=[]self.chain.append(block)returnblock

如您所见，我们需要创建hash（）方法以使其工作：

@staticmethoddefhash(block):block_string=json.dumps(block,sort_keys=True).encode()returnhashlib.sha256(block_string).hexdigest()

哈希很简单。基本上它是编码一个字符串。然后，我们需要另一个方法，那就是lastBlock（）方法：

@propertydeflast_block(self):returnself.chain[-1]

什么是证明？

工作量证明是一种旨在抵抗网络攻击（例如DDoS攻击）的协议。工作量证明是Cynthia Dwork和Moni Naor最初于1993年发布的想法。

该协议是密集计算形式（也称为挖掘）的要求，必须执行密集计算形式才能在区块链上创建新的一组不信任交易。

为了验证这些交易，矿工们必须解决一个数学难题。第一个解决这个问题的矿工将获得奖励（以新的加密货币）。已验证的交易存储在公共区块链中。这个谜题对每一个新的方块都有点困难。这就是为什么矿工们必须提高工作效率。

如何实施PoW

现在，让我们通过以下难题将其实现到我们的blockChain中：

找出一个数字x。当使用上一个区块的解决方案进行哈希处理时，会生成带有两个前导0的哈希值。

为此，我们首先添加以下模块：

importhashlibimportjsonfromtimeimporttimefromuuidimportuuid4

并创建两个新方法：

defproof_of_work(self,last_proof):

和：

@staticmethoddefvalid_proof(last_proof,proof):

填写如下：

defproof_of_work(self,last_proof):proof=0whileself.valid_proof(last_proof,proof)isFalse:proof+=1returnproof@staticmethoddefvalid_proof(last_proof,proof):guess=f'{last_proof}{proof}'.encode()guess_hash=hashlib.sha256(guess).hexdigest()returnguess_hash[:4]=="0000"

使用Flask服务我们的API

创建一个区块链很有趣，但是现在我们要使用它，Python有一个完美的模块来创建API：Flask。让我们添加一些基本的Flask代码：

fromflaskimportFlaskapp=Flask(__name__)node_identifier=str(uuid4()).replace('-','')blockchain=Blockchain()@app.route('/mine',methods=['GET'])defmine():return"MininganewBlock"@app.route('/transactions/new',methods=['POST'])defnew_transaction():return"AddinganewTransaction"@app.route('/chain',methods=['GET'])deffull_chain():response={'chain':blockchain.chain,'length':len(blockchain.chain),}returnjsonify(response),200if__name__=='__main__':app.run(host='0.0.0.0',port=5000)

新交易

API的新交易端点将如下所示，并且由于我们已经创建了类似的方法，因此非常简单：

@app.route('/transactions/new',methods=['POST'])defnewTransaction():values=request.get_json()required=['sender','recipient','amount']ifnotall(kinvaluesforkinrequired):return'Missingvalues',400index=blockchain.new_transaction(values['sender'],values['recipient'],values['amount'])response={'message':f'TransactionwillbeaddedtoBlock{index}'}returnjsonify(response),201

挖矿

挖矿是我们需要在其工作之前添加一点代码的地方。需要做几件事：

证明

矿工奖励

新区块+将其添加到链中

@app.route('/mine',methods=['GET'])defmine():last_block=blockchain.last_blocklast_proof=last_block['proof']proof=blockchain.proof_of_work(last_proof)blockchain.new_transaction(sender="0",recipient=node_identifier,amount=1,)previous_hash=blockchain.hash(last_block)block=blockchain.new_block(proof,previous_hash)response={'message':"NewBlockCreated",'index':block['index'],'transactions':block['transactions'],'proof':block['proof'],'previous_hash':block['previous_hash'],}returnjsonify(response),200

运行我们的BlockChain API

让我们尝试通过打开Python程序来运行API：

$pythonapp.py$Runningonhttp://127.0.0.1:5000/(PressCTRL+Ctoquit)

您可以使用Postman或Curl挖掘块：

$curl-XPOST-H"Content-Type:application/json"-d'{"sender":"d4ee26eee15148ee92c6cd394edd974e","recipient":"address2","amount":5}'"http://localhost:5000/transactions/new"

要检查挖掘了多少区块，请转到http://localhost5000/chain，将显示一个JSON格式的链：

{"chain":[{"index":1,"previous_hash":1,"proof":100,"timestamp":1606910340,"transactions":[]},}

以下是完整代码：

importrequestsfromtimeimporttimeimporthashlibimportjsonfromflaskimportFlaskfromtimeimporttimefromuuidimportuuid4classBlockchain(object):app=Flask(__name__)node_identifier=str(uuid4()).replace('-','')blockchain=Blockchain()@app.route('/mine',methods=['GET'])defmine():last_block=blockchain.last_blocklast_proof=last_block['proof']proof=blockchain.proof_of_work(last_proof)blockchain.new_transaction(sender="0",recipient=node_identifier,amount=1,)previous_hash=blockchain.hash(last_block)block=blockchain.new_block(proof,previous_hash)response={'message':"NewBlockForged",'index':block['index'],'transactions':block['transactions'],'proof':block['proof'],'previous_hash':block['previous_hash'],}returnjsonify(response),200@app.route('/transactions/new',methods=['POST'])defnewTransaction():values=request.get_json()required=['sender','recipient','amount']ifnotall(kinvaluesforkinrequired):return'Missingvalues',400index=blockchain.new_transaction(values['sender'],values['recipient'],values['amount'])response={'message':f'TransactionwillbeaddedtoBlock{index}'}returnjsonify(response),201@app.route('/chain',methods=['GET'])deffull_chain():response={'chain':blockchain.chain,'length':len(blockchain.chain),}returnjsonify(response),200if__name__=='__main__':app.run(host='0.0.0.0',port=5000)def__init__(self):self.chain=[]self.current_transactions=[]defproof_of_work(self,last_proof):proof=0whileself.valid_proof(last_proof,proof)isFalse:proof+=1returnproof@staticmethoddefvalid_proof(last_proof,proof):guess=f'{last_proof}{proof}'.encode()guess_hash=hashlib.sha256(guess).hexdigest()returnguess_hash[:4]=="0000"defaddBlock(self,proof,previous_hash=None):block={'index':len(self.chain)+1,'timestamp':time(),'transactions':self.current_transactions,'proof':proof,'previous_hash':previous_hashorself.hash(self.chain[-1]),}self.current_transactions=[]self.chain.append(block)returnblockdefaddTransaction(self,sender,recipient,amount):self.current_transactions.append({'sender':sender,'recipient':recipient,'amount':amount,})returnself.last_block['index']+1@staticmethoddefhash(block):block_string=json.dumps(block,sort_keys=True).encode()returnhashlib.sha256(block_string).hexdigest()@propertydeflast_block(self):returnself.chain[-1]

作者：链三丰，来源：区块链研究实验室

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