区块链是什么，比特币是什么，各种虚拟货币是什么，我这里一概不做解答。
区块链本身是一种技术。
利用区块链这个概念炒币的都是心怀鬼胎的。
我们回归技术本身，这里结合我自己对区块链的理解，还有参考别人的文章，用Python简易构建一个区块链。
Now, begin!
一. 区块结构，交易信息，链构成，区块hash，工作量证明pow算法等几个概念
1.1 区块结构由区块索引，Unix时间戳，交易信息，工作量证明，上一个区块的hash组成，交易信息包含发送者信息，接收者信息和交易数量。其中区块中的previous_hash表示上一个区块整体的hash值，这又是说，所有的区块中（除去创世块）都包含有上一个区块的hash值(有点类似斐波那契数列，每一个值都跟前一个值有对应的关系),这样一一链接在一起形成有序，规整，不可逆的链式结构，这就是所谓的区块链。
block = {
'index' : index, # 区块索引
'timestamp' : time(),# unix时间戳
'transactions': { # 交易信息
'sender': sender, # 发送者
'recipient': recipient, # 接收者
'amount': amount # 数量
}),
'proof' : proof, # 工作量证明
'previous_hash' : 'xxxxx' # 上一个区块的hash
}
1.2 区块的hash
比特币采用的加密算法是sha256，这个算法的破解难度及其大，自行了解。我们这里也采用sha256进行区块的hash加密。
def hash(block): """生成区块的SHA-256 hash值""" block_string = json.dumps(block, sort_keys=True).encode() return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()
1.3 理解工作量证明（proof of work）
新区块的产生都需要经过工作量证明，俗称“挖矿”。
新的区块以来工作量证明算法(poW)来构造，poW的目标是找出一个符合特定的数字，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。而且这个工作量证明算法也是当前区块跟上一个区块相关联的，我们这里这样简易设计了一个pow算法。
pow：查找一个P'使得hash(pp')以4个0开头，其中p是上一个区块的证明，p'是当前的证明。
我们这里定义两个方法去模拟实现这个“挖矿”过程
# 简易实现pow算法
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是上一个区块的证明，p'是当前的证明
"""
proof = 0
while self.valid_proof(last_proof, proof) is False:
proof += 1
return proof
# 验证工作证明是否正确
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. 区块产生
2.1 节点注册，挖矿得先有矿工啊
我们提供一个节点注册的方法，这里比较简单，用网络地址代表一个矿工节点。
register_node(, address): parsed_url = urlparse(address) .nodes.add(parsed_url.netloc)
2.2 新交易信息生成，新区块生成
new_transaction方法负责添加一个新的交易信息
new_block负责把最新的一个交易信息加入到区块链中
# 生成新区块
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])
}
# 重置当前交易区块
self.current_transactions = []
# 添加新区块
self.chain.append(block)
return block
# 生成新交易信息，信息将加入到下一个待挖的区块中
def new_transaction(self, sender, recipient, amount):
self.current_transactions.append({
'sender': sender,
'recipient': recipient,
'amount': amount
})
return self.last_block['index'] + 1三. 矿工
矿工这边实际上相当于一个节点（客户端），我们是用Flask框架模拟这个节点。
新建一个py文件写客户端（节点）代码，上面的都是区块链服务端的代码。
客户端代码，我们写成api形式，只返回json数据。
3.1 节点注册
# 注册节点
@app.route('/nodes/register', methods=['POST'])
def register_nodes():
address = request.values.get('address')
if address is None:
return '缺失参数', 400
blockchain.register_node(address)
response = {
'message': '新的节点已经被添加',
'total_nodes': list(blockchain.nodes)
}
return jsonify(response), 2013.2 去挖矿
前面我们说到，每个区块都需要经过工作量证明，客户端挖矿就是不断的去找一个的数使pow算法给定的条件成立，直至条件成立。根据pow算法的难易度，让计算机去执行不同计算量的的计算，这也就是为什么这个动作为什么被称为“挖矿了”。所以说，配置更高，性能越好的计算机拥有更快的运算力量，在与其他矿工的竞争中就更具优势。
这样的挖矿动作消耗了全球很大的计算机的运力和电力！
我们这里发起一个请求，然后去调用pow算法，直至解出正确答案。
如果解出正确答案，就相当于挖出一个新的区块(既是挖矿者获得一个)，并添加交易，然后添加到区块链中。
# 去挖掘新的区块
@app.route('/mine', methods=['GET'])
def mine():
last_block = blockchain.last_block # 已存在的最新的区块
last_proof = last_block['proof']
# 模拟挖矿动作，如果挖掘到新的区块并返回新区块的工作量证明
proof = blockchain.proof_of_work(last_proof)
# 当前节点挖到新的区块，生成一个新的交易信息
blockchain.new_transaction(
sender='0', # 发送者为0表明是新挖出的区块
recipient=node_identifier,
amount=1
)
# 把当前节点挖到的区块加入到区块链中
block = blockchain.new_block(proof, None)
# 返回响应数据
response = {
'message': '新的区块已经创建',
'index': block['index'],
'transactions': block['transactions'],
'proof': block['proof'],
'previous_hash': block['previous_hash']
}
return jsonify(response), 2003.3 解决冲突，实现共识
我们这里模拟了一个挖矿节点，实际中可能存在很多个节点，每个节点都保存有一个链，如何去保证这个链的一致性呢？
这里我们规定，网络中所有的链中的最长的，有效的链为实际的链。
有效是指每个区块都是正确的，没有经过任何篡改的，所以需要校验每个区块的hash和上一个区块的hash,并且还要校验每个区块的工作量证明正确与否。
最长的就是指最长的链。
定义两个方法去解决冲突，实现共识：
# 简易实现共识算法
def resolve_conflicts(self):
"""
冲突是指不同的节点拥有不同的链，为了解决这个问题，规定最长的，
有效的链才是最终的链。网络中有效最长链才是实际的链。
"""
neighbours = self.nodes # 网络中所有的节点
new_chain = None
max_length = len(self.chain)
# 遍历所有的节点
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
# 如果发现有效更长链，就替换掉自己的链
if new_chain:
self.chain = new_chain
return True
return False
# 验证区块链是否是有效区块链
def valid_chain(self, chain):
"""遍历每个块，验证hash和proof"""
last_block = chain[0] # 第一个区块
current_index = 1
while current_index < len(chain):
block = chain[current_index]
# 1.验证当前区块的previous_hash是否和上一个区块的hash相等
if block['previous_hash'] != self.hash(last_block):
return False
# 2.验证工作量证明
if not self.valid_proof(last_block['proof'], block['proof']):
return False
last_block = block
current_index += 1
return True然后在我们的客户端代码中，去发起一个请求解决冲突，就是比对网络上所有节点的链，如果找到有效更长链，就将这个有效更长链替换掉自己节点原来的链。
# 解决冲突
@app.route('/nodes/resolve', methods=['GET'])
def consensus():
replaced = blockchain.resolve_conflicts()
if replaced:
response = {
'message': '发现有效更长链，我们自己的链已被替换为该链',
'new_chain': blockchain.chain,
}
else:
response = {
'message': '我们的链是有效更长链',
'chain': blockchain.chain
}
return jsonify(response), 200四. 进行挖矿
运行flask应用，
访问127.0.0./mine模拟挖矿动作，访问3次后，此时应该有4个块（包含一个创世块）
定义应该方法去查看全部区块
还可以去发起一个交易，这里就不赘述了。
总结：区块链作为一个技术而言，还是有研究的价值的。对于其应用场景，见仁见智，我不说。另外，这个代码全在托管在gitee上的blockchain上。
我个人水平受限，可能有些地方理解也不是很透彻，如有错误，希望指正
。
还有就是可以访问我的项目查看我最近写的代码。
评论
