前言：近期在看关于区块链的相关资料，看到这个使用python创建区块链的，就大概总结下。区块链是由区块的记录构成的不可变、有序的链结构，记录可以是交易、文件或任何你想要的数据，重要的是它们是通过哈希值（hashes）链接起来的。
一、创建Blockchain
1. 首先创建一个Blockchain类，在构造函数中创建两个列表，一个用来存储交易，一个用来存储区块链
Blockchain类
# Blockchain类用来管理链条，它能存储交易，加入新块
class Blockchain(object):
def __init__(self):
self.chain = []
self.current_transactions = []
def new_block(self):
# 区块
pass
def new_transaction(self):
# 交易
pass
@staticmethod
def hash(block):
# 区块链
pass
@property
def last_block(self):
# 返回链中最后一个区块
pass
2. 块结构
# 每个区块包含属性：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
block = {
'index': 1,
'timestamp': 1506057125.900785,
'transactions': [
{
'sender': "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00",
'recipient': "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f",
'amount': 5,
}
],
'proof': 324984774000,
'previous_hash': "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"
}
3.加入交易
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
self.current_transactions.append({
'sender': sender,
'recipient': recipient,
'amount': amount,
})
return self.last_block['index'] + 1
4. 创建新块
import hashlib
import json
from time import time
class Blockchain(object):
def __init__(self):
self.current_transactions = []
self.chain = []
self.new_block(previous_hash=1, proof=100)
def new_block(self, proof, previous_hash=None):
# 生成新块
block = {
'index': len(self.chain) + 1,
'timestamp': time(),
'transactions': self.current_transactions,
'proof': proof,
'previous_hash': previous_hash or self.hash(self.chain[-1]),
}
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
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
block_string = json.dumps(block, sort_keys=True).encode()
return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()
5. 工作量证明
新的区块依赖工作量证明算法来构造。PoW的目标是找出一个符合特定条件的数字，这个数字很难计算出来，但容易验证。这就是工作量证明的核心思想。在比特币中矿工们为了争夺创建区块的权利而争相计算结果。通常，计算难度与目标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，会获得比特币奖励。
当然，在网络上非常容易验证这个结果。
6. 实现工作量证明
衡量算法复杂度的办法是修改零开头的个数。使用4个来用于演示，你会发现多一个零都会大大增加计算出结果所需的时间。
import hashlib
import json
from time import time
from uuid import uuid4
class Blockchain(object):
def proof_of_work(self, last_proof):
'''
简单的工作量证明:
- 查找一个 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
'''
proof = 0
while self.valid_proof(last_proof, proof) is False:
proof += 1
return proof
@staticmethod
def valid_proof(last_proof, proof):
# 验证证明: 是否hash(last_proof, proof)以4个0开头?
guess = f'{last_proof}{proof}'.encode()
guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest()
return guess_hash[:4] == "0000"
二、API接口
1. 创建节点
# Flask服务器将扮演区块链网络中的一个节点
import hashlib
import json
from textwrap import dedent
from time import time
from uuid import uuid4
from flask import Flask
class Blockchain(object):
...
app = Flask(__name__)
node_identifier = str(uuid4()).replace('-', '')
blockchain = 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), 200
if __name__ == '__main__':
app.run(host='0.0.0.0', port=5000)
2.发送交易
import hashlib
import json
from textwrap import dedent
from time import time
from uuid import uuid4
from flask import Flask, jsonify, request
...
@app.route('/transactions/new', methods=['POST'])
def new_transaction():
values = request.get_json()
required = ['sender', 'recipient', 'amount']
if not all(k in values for k in required):
return 'Missing values', 400
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. 挖矿
（1）计算工作量证明PoW
（2）通过新增一个交易授予矿工（自己）一个币
（3）构造新区块并将其添加到链中
import hashlib
import json
from time import time
from uuid import uuid4
from flask import Flask, jsonify, request
@app.route('/mine', methods=['GET'])
def mine():
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提供奖励.
# 发送者为 "0" 表明是新挖出的币
blockchain.new_transaction(
sender="0",
recipient=node_identifier,
amount=1,
)
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
4. 运行区块链项目
（1）启动项目
（2）使用postman发送请求，开始挖矿
挖矿：http://localhost:5000/mine，这里就可以开始挖矿了，需要一点时间，就可以看到返回的区块信息
区块信息：http://localhost:5000/chain，可以得到所有区块信息