作者認為最快的學習區塊鏈的方式是自己創建一個，本文就跟隨作者用Python來創建一個區塊鏈。

對數字貨幣的崛起感到新奇的我們，并且想知道其背后的技術——區塊鏈是怎樣實現的。

但是完全搞懂區塊鏈并非易事，我喜歡在實踐中學習，通過寫代碼來學習技術會掌握得更牢固。通過構建一個區塊鏈可以加深對區塊鏈的理解。

先看看什么去區塊鏈？

假如你是一位女生，在某個晚上，你男票跟你說了一句："我愛你一生一世"； 然后，你把這句話發給了你的閨蜜、爸媽、朋友圈、公眾號、微信群等，你男票再也無法抵賴，你打賞點小費感謝他們給你記住并作證，這個小費就是token。 你、你男票、"我愛你一生一世"這句話、說這句話的時間地點等信息，打包起來形成一個結構化的信息包，這個信息包就叫"區塊"。 而你的閨蜜、爸媽、朋友圈、公眾號、微信群等節點就是鏈。最后你男票如果不承認說過這句話，當了負心漢；你翻出這個賬本對質，把他臭罵一頓，這就是區塊鏈應用。 還有啊，你男票這個節點會永遠被踢出網絡，如果你對朋友圈足夠大，這個男的可能永遠找不到女朋友了。在這個例子中好像區塊鏈解決了人與人之間的信任問題。但其實只是個假象。 N年后，男朋友對她的愛依然可能消失，海誓山盟并沒有被背書。至于，分手后對男方造成影響，更是不道德的，這分明就是一種網絡暴力。愛或者不愛，都是你們兩個的事，與區塊鏈無關。

準備工作

本文要求讀者對Python有基本的理解，能讀寫基本的Python，并且需要對HTTP請求有基本的了解。

我們知道區塊鏈是由區塊的記錄構成的不可變、有序的鏈結構，記錄可以是交易、文件或任何你想要的數據，重要的是它們是通過哈希值（hashes）鏈接起來的。

環境準備

環境準備，確保已經安裝Python3.6+, pip , Flask, requests

安裝方法：

同時還需要一個HTTP客戶端，比如Postman，cURL或其它客戶端。

開始創建Blockchain

新建一個文件 blockchain.py，本文所有的代碼都寫在這一個文件中，可以隨時參考源代碼。

Blockchain類

首先創建一個Blockchain類，在構造函數中創建了兩個列表，一個用于儲存區塊鏈，一個用于儲存交易。

以下是Blockchain類的框架：

Blockchain類用來管理鏈條，它能存儲交易、加入新塊等，下面我們來進一步完善這些方法。

塊結構

每個區塊包含屬性：索引（index）、Unix時間戳（timestamp）、交易列表（transactions）、工作量證明（稍后解釋）以及前一個區塊的Hash值。

以下是一個區塊的結構：

到這里區塊鏈的概念就清楚了，每個新的區塊都包含上一個區塊的Hash，這是關鍵的一點，它保障了區塊鏈不可變性。如果攻擊者破壞了前面的某個區塊，那么后面所有區塊的Hash都會變得不正確。不理解的話，慢慢消化，可參考{% post_link whatbc 區塊鏈技術原理 %}。

加入交易

接下來我們需要添加一個交易，來完善下new_transaction方法：

方法向列表中添加一個交易記錄，并返回該記錄將被添加到的區塊(下一個待挖掘的區塊)的索引，等下在用戶提交交易時會有用。

創建新塊

當Blockchain實例化后，我們需要構造一個創世塊（沒有前區塊的第一個區塊），并且給它加上一個工作量證明。

每個區塊都需要經過工作量證明，俗稱挖礦，稍后會繼續講解。

為了構造創世塊，我們還需要完善new_block(), new_transaction() 和hash() 方法：

通過上面的代碼和注釋可以對區塊鏈有直觀的了解，接下來我們看看區塊是怎么挖出來的。

理解工作量證明

新的區塊依賴工作量證明算法（PoW）來構造。PoW的目標是找出一個符合特定條件的數字，這個數字很難計算出來，但容易驗證。這就是工作量證明的核心思想。

為了方便理解，舉個例子：

假設一個整數 x 乘以另一個整數 y 的積的 Hash 值必須以 0 結尾，即 hash(x * y) = ac23dc...0。設變量 x = 5，求 y 的值？

用Python實現如下：

結果是y=21，因為：

在比特幣中，使用稱為Hashcash的工作量證明算法，它和上面的問題很類似，礦工們為了爭奪創建區塊的權利而爭相計算結果。通常，計算難度與目標字符串需要滿足的特定字符的數量成正比，礦工算出結果后，會獲得比特幣獎勵。

當然，在網絡上非常容易驗證這個結果。

實現工作量證明

讓我們來實現一個相似PoW算法，規則是：尋找一個數 p，使得它與前一個區塊的 proof 拼接成的字符串的 Hash 值以 4 個零開頭。

衡量算法復雜度的辦法是修改零開頭的個數。使用4個來用于演示，你會發現多一個零都會大大增加計算出結果所需的時間。

現在Blockchain類基本已經完成了，接下來使用HTTP requests來進行交互。

Blockchain作為API接口

我們將使用Python Flask框架，這是一個輕量Web應用框架，它方便將網絡請求映射到 Python函數，現在我們來讓Blockchain運行在基于Flask web上。

我們將創建三個接口：

/transactions/new 創建一個交易并添加到區塊；

/mine 告訴服務器去挖掘新的區塊；

/chain 返回整個區塊鏈。

創建節點

我們的“Flask服務器”將扮演區塊鏈網絡中的一個節點，我們先添加一些框架代碼：

簡單的說明一下以上代碼：

第15行：創建一個節點；

第18行：為節點創建一個隨機的名字；

第21行：實例Blockchain類；

第24–26行：創建/mine GET接口；

第28–30行：創建/transactions/new POST接口,可以給接口發送交易數據；

第32–38行：創建 /chain 接口, 返回整個區塊鏈；

第40–41行：服務運行在端口5000上。

發送交易

發送到節點的交易數據結構如下：

之前已經有添加交易的方法，基于接口來添加交易就很簡單了：

挖礦

挖礦正是神奇所在，它很簡單，做了以下三件事：

計算工作量證明PoW；

通過新增一個交易授予礦工（自己）一個幣；

構造新區塊并將其添加到鏈中。

注意交易的接收者是我們自己的服務器節點，我們做的大部分工作都只是圍繞Blockchain類方法進行交互。到此，我們的區塊鏈就算完成了，我們來實際運行下。

運行區塊鏈

你可以使用cURL或Postman去和API進行交互。

啟動server：

讓我們通過請求

來進行挖礦：

通過post請求，添加一個新交易：

如果不是使用Postman，則用以下的cURL語句也是一樣的：

在挖了兩次礦之后，就有3個塊了，通過請求

可以得到所有的塊信息。

一致性（共識）

我們已經有了一個基本的區塊鏈可以接受交易和挖礦，但是區塊鏈系統應該是分布式的。既然是分布式的，那么我們究竟拿什么保證所有節點有同樣的鏈呢？這就是一致性問題，我們要想在網絡上有多個節點，就必須實現一個一致性的算法。

注冊節點

在實現一致性算法之前，我們需要找到一種方式讓一個節點知道它相鄰的節點。每個節點都需要保存一份包含網絡中其它節點的記錄，因此讓我們新增幾個接口：

/nodes/register 接收URL形式的新節點列表；

/nodes/resolve 執行一致性算法，解決任何沖突，確保節點擁有正確的鏈。

我們修改下Blockchain的init函數并提供一個注冊節點方法：

我們用 set 來儲存節點，這是一種避免重復添加節點的簡單方法。

實現共識算法

前面提到，沖突是指不同的節點擁有不同的鏈，為了解決這個問題，規定最長的、有效的鏈才是最終的鏈，換句話說，網絡中有效最長鏈才是實際的鏈。

我們使用以下的算法，來達到網絡中的共識：

第一個方法 valid_chain() 用來檢查是否是有效鏈，遍歷每個塊驗證hash和proof。

第二個方法 resolve_conflicts() 用來解決沖突，遍歷所有的鄰居節點，并用上一個方法檢查鏈的有效性， 如果發現有效更長鏈，就替換掉自己的鏈。

讓我們添加兩個路由，一個用來注冊節點，一個用來解決沖突。

你可以在不同的機器運行節點，或在一臺機機開啟不同的網絡端口來模擬多節點的網絡，這里在同一臺機器開啟不同的端口演示，在不同的終端運行以下命令，就啟動了兩個節點：

。

然后在節點2上挖兩個塊，確保是更長的鏈，然后在節點1上訪問接口/nodes/resolve，這時節點1的鏈會通過共識算法被節點2的鏈取代。

本文來源網絡，不做任何商業目的。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的用python从0开始创建一个区块链，从代码深入理解区块链的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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