关键词：Consensus Algorithm、Proof of Work(PoW)
参考文章：https://hackernoon.com/learn-blockchains-by-building-one-117428612f46
（网上已有中文翻译，本文只是要点概括）
一个想象的场景
前几天我在一条药品链上买了盒感冒药💊，产生了一笔交易记录，上面记录着：是我付的款，人民医院收的钱，还有药品金额，嗯，存下药品信息也不错。
区块链会把这笔交易先记录下来，等待其它计算节点（矿工）帮忙把交易记录写入区块（在等人挖矿啦），等矿工把生成区块所需的物品（算法生成的值）准备好后，就把记录都写入区块，这时候链上就多了一个区块，记录了一些交易信息。当然了，矿工不能白干啊，不然给你闹罢工，系统就奖励矿工一张优惠券，并告诉他，通过我们买💊，买一送一。
我回家吃了好几天药，感冒也没见好，怎么回事呢？上网一查发现，哎呀，吃错药了，医院能不能赔？我拿什么证明呢？这时候到链上一查，给丫区块一特写，药品信息、交易时间、收款人、付款人样样俱全，不赔不行啊。（当然了，药品交易有没有必要使用区块链技术呢？也是个值得思考的问题。）
背后的技术
我在阅读了不少入门介绍后，依然觉得理解不够清晰，本着数据结构和算法一定要手动验证的精神，我也手动验证了一条简单的区块链。如果对区块链还没有建立起基础认识，可以读些有趣的科普文章。
在我们建立一条区块链之前，可先回想复习一下
Linked List 链表或者顺序存储数组，我们会用 Python 的 list 数据结构来存储区块 block。
区块链给我们带来了"更安全"更透明的一种生活方式，每笔「交易」最终都会被记录进区块，由于链上区块的设计巧妙，可验证，不少人都开始探索它的使用场景，当然了，目前最多还是聚焦在金融领域 ......
区块是如何做到高安全性的呢？
首先每条链都会引入一个创世区块，创世区块带有交易的时间和相关信息，此外还包含一个证明 proof字段，这是该链的拥有者定义的，用来证明区块的身份，还包含一个previous hash字段，用来验证上一个区块的身份，由于创世区块之前没有区块了，所以它的previous hash没什么 x 用。但是，之后的区块都可以根据proof和previous hash来验证，由于生成这两个值的算法难以破解，所以安全性比较高。
少啰嗦，直接看代码
class Blockchain(object):
# 初始化我们的链
def __init__(self):
# 所有生成的区块都存着这条链里
self.chain = []
# 当前所有交易记录，将被写进新生成的区块里
self.current_transactions = []
# 你好，我是创世区块
self.new_block(previous_hash=1, proof=100)
def new_block(self, proof, previous_hash=None):
block = {
'index': len(self.chain) + 1,
'timestamp': time(),
'transactions': self.current_transactions,
'proof': proof,
'previous_hash': previous_hash or self.hash(self.last_block),
}
self.current_transactions = []
self.chain.append(block)
return block
def new_transaction(self, sender, recipient, amount):
self.current_transactions.append({
'sender': sender,
'recipient': recipient,
'amount': amount,
})
return self.last_block['index'] + 1
@staticmethod
def hash(block):
block_string = json.dumps(block, sort_keys=True).encode()
return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()
@property
def last_block(self):
return self.chain[-1]
def proof_of_work(self, last_proof):
proof = 0
while not self.valid_proof(last_proof, proof):
proof += 1
return proof
def valid_proof(self, last_proof, proof):
guess = f'{last_proof}{proof}'.encode()
guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest()
return guess_hash[-1] == "0"
我们提供了初始化一条链的方法，并且提供了产生交易记录的函数，产生区块的函数。hash&proof_of_work都是为区块的身份验证提供服务的，有了它们才能保证每个区块的身份以及它和前一个区块的关联性。当我们能验证每个区块都和前一个区块关系正常时，整条链就正常了。
常说的分布式计算是什么？
你可能听说过区块链是去中心化的，是分布式的，这到底是什么意思？
我们的一个个矿工，其实就是一个个计算节点，他们为区块链提供计算服务，生成新区块所需要的巨大运算都交由他们执行，这叫分布式计算，充分利用了闲散的算力，也充分带动了一波显卡销售 ^ _ ^
但这也带来了一个问题，这么多个计算节点，我们怎么保证最终的结果一致呢？如果我挖到一张优惠券，你挖到两张优惠券，我们这条链岂不是就乱了？这时候就要看共识算法 Consensus Algorithm了，用它来确保所有节点的链都一致，确确实实是一条链，不是 fork 出去的兄弟。我们来拓展上面的代码。
class Blockchain(object):
def __init__(self):
.....
self.nodes = set()
.....
.....
def register_node(self, address):
parsed_url = urlparse(address)
self.nodes.add(parsed_url.netloc)
def valid_chain(self, chain):
last_block = chain[0]
current_index = 1
while current_index < len(chain):
block = chain[current_index]
print(f'{last_block}')
print(f'{block}')
print("\n-----------\n")
if block['previous_hash'] != self.hash(last_block):
return False
if not self.valid_proof(last_block['proof'], block['proof']):
return False
last_block = block
current_index += 1
return True
def resolve_conflicts(self):
neighbours = self.nodes
new_chain = None
max_length = len(self.chain)
for node in neighbours:
response = requests.get(f'http://{node}/chain')
if response.status_code == 200:
length = response.json()['length']
chain = response.json()['chain']
if length > max_length and self.valid_chain(chain):
max_length = length
new_chain = chain
if new_chain:
self.chain = new_chain
return True
return False
现在我们提供了增加计算节点的函数，也提供了检验链的函数，更重要的是，我们引入了解决链不一致的方法resolve_conflicts，有了它，我们就可以确保这么多个计算节点拥有的链都一致啦。
具体的思想是这样的：我们在链上记录了所有计算节点的位置，当我们想获得链的最新状态时，就去轮询节点，挨个问：“你的链多长，有几个区块？咱们比比？”，这样一轮下来，如果我们发现有的链比我们的更长，那么这条更长的链就是最新且正确的，我们把它拿过来，更新成我们的链，这样就一致了。
当然了，就算是看到这里你可能还是会有不少疑惑，比如说：
- 为什么长的就最新且最正确？
- 如果 A 节点生成了两个区块，B 节点也生成了两个区块，这时候去同步链会怎么样？
- 什么时候该去同步链？
嗯，写到这里发现自己其实还有很多的疑惑，动手再检验一下吧！
原作者的代码：
https://github.com/dvf/blockchain
我的代码：
https://github.com/helsonxiao/learn-blockchain
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