原文链接：https://medium.com/@vanflymen/learn-blockchains-by-building-one-117428612f46
- 交易Transaction
- 区块Block
- 工作量证明
你来这里是因为，和我一样，你对加密货币的崛起感到兴奋。你想知道区块链是如何工作的——它们背后的基本技术。
但理解区块链并不容易——至少对我来说不是。我艰难地浏览了密集的视频，学习了很多的教程，并处理了由于例子太少而产生的放大的挫折感。
我喜欢边做边学。如果您也这样做，在本指南的最后，您将拥有一个功能良好的区块链，并对它们的工作原理有一个坚实的了解。
在你开始之前…
请记住，区块链是一个不可变的、连续的记录链，称为块。它们可以包含事务、文件或任何您喜欢的数据。但重要的是它们是用散列连接在一起的。
如果你不确定哈希是什么，这里有一个解释。
-
这本指南是针对谁的?
您应该能够轻松地阅读和编写一些基本的Python，并对HTTP请求的工作原理有一些了解，因为我们将通过HTTP与我们的区块链通信。 -
我需要什么?
确保安装了Python 3.6+(以及pip)。你还需要安装Flask和wonderful Requests 库:
pip install Flask==0.12.2 requests==2.18.4
您还需要一个HTTP客户机，比如Postman
或cURL;但什么都行。
- 最终代码在哪里?
这里提供了源代码。
步骤1:构建一个区块链
打开您最喜欢的文本编辑器或IDE,我个人喜欢PyCharm。创建一个名为blockchain.py的新文件。我们只使用一个文件，但是如果您丢失了，您可以随时查阅源代码。
代表一个区块链
我们将创建一个区块链类，该类的构造函数创建一个初始空列表(用于存储我们的区块链)，另一个用于存储事务。这是我们班的蓝图:
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
我们的区块链类负责管理链。它将存储事务，并具有一些用于向链添加新块的辅助方法。让我们开始充实一些方法。
Block是什么样子的?
每个块都有以下内容：
- 一个索引、
- 一个时间戳(Unix时间)、
- 一个事务列表、
- 一个证明(稍后将详细介绍)
- 前一个块的散列。
下面是单个块的例子:
block = {
'index': 1,
'timestamp': 1506057125.900785,
'transactions': [
{
'sender': "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00",
'recipient': "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f",
'amount': 5,
}
],
'proof': 324984774000,
'previous_hash': "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824”
}
此时，链的概念应该很明显——每个新块都包含前一个块的散列(Hash)。这是至关重要的，因为它使区块链具有不变性:如果攻击者破坏了链中较早的一个区块，那么所有后续的区块都将包含不正确的散列(Hash)。
这说得通吗?如果没有，花点时间让它沉下去——这是区块链背后的核心理念。
将事务添加到块中
我们需要一种向块添加事务的方法。我们的new_transaction()方法对此负责，它非常简单:
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()将一个事务添加到列表后，它返回将事务添加到下一个要挖掘的块的索引。这将在稍后对提交事务的用户有用。
创建新的Block
当我们的区块链被实例化时，我们需要用一个genesis块来播种它——一个没有前处理的块。我们还需要向genesis块添加一个“证明”，这是挖掘(或工作证明)的结果。稍后我们将更多地讨论采矿。
除了在构造函数中创建genesis块，我们还将充实new_block()、new_transaction()和hash()的方法:
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()
上面的内容应该是直接了当的—我添加了一些注释和文档字符串来帮助保持清晰。我们几乎完成了对区块链的表示。但此时，您一定想知道如何创建、锻造或挖掘新的块。
工作证明
工作算法(PoW)的一个证明是如何在区块链上创建或挖掘新的块。PoW的目标是发现一个可以解决问题的数。这个数字一定很难找到，但是很容易被网络上的任何人验证——从计算的角度来说。这是工作证明背后的核心思想。
我们将看一个非常简单的例子来帮助理解这一点。
让我们决定某个整数x乘以另一个y的散列必须以0结尾。哈希(x * y) = ac23dc…0。对于这个简化的例子，我们令x = 5。用Python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}’)
解是y = 21。因为，生成的散列以0结尾:
hash(5 * 21) = 1253e9373e…5e3600155e860
在比特币中，工作证明算法被称为Hashcash。它和上面的基本例子没有太大的不同。它是矿工们为了创建一个新的块而竞相求解的算法。通常，难度由字符串中搜索的字符数量决定。然后，这些矿商会因为他们的解决方案而获得一笔交易中的硬币作为回报。
网络能够很容易地验证他们的解决方案。
实现基本的工作证明
让我们为区块链实现一个类似的算法。我们的规则将类似于上面的例子:
找到一个数字p，当它与前一个块的解进行散列时，会产生一个前导4个0的散列。
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"
为了调整算法的难度，可以修改前导零的个数。但是4就足够了。您将发现，添加一个前导零会大大缩短找到解决方案所需的时间。
我们的类几乎完成了，我们已经准备好开始使用HTTP请求与它进行交互。
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