在数字货币盛行的档口，比特币，这币那币到底值不值得信赖呢？也许你像很多人一样感到新奇，想接近它，但只因背后的区块链技术，阻断了向新领域尝试的步伐。不过，对于程序员来说，想真正搞懂比特币，搞懂区块链，可不是难题，因为他们能边玩边学，通过一行行pyhton代码，就能真正理解数字货币的底层秘密。能用这么有逼格的方式来学习区块链的，也只有程序员了。
作者 | Daniel van Flymen 纽约区块链工程师
译者 | 熊丽兵 牛娃软件CTO
准备工作
本文要求读者对Python有基本的理解，能读写基本的Python，并且需要对HTTP请求有基本的了解。
我们知道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。
如果你还不是很了解哈希，可以查看这篇文章https://learncryptography.com/hash-functions/what-are-hash-functions
环境准备
环境准备，确保已经安装Python3.6+, pip , Flask, requests
安装方法：
同时还需要一个HTTP客户端，比如Postman，cURL或其它客户端。
参考源代码（原代码在我翻译的时候，无法运行，我fork了一份，修复了其中的错误，并添加了翻译，感谢star）
开始创建Blockchain
新建一个文件 blockchain.py，本文所有的代码都写在这一个文件中，可以随时参考源代码。
Blockchain类
首先创建一个Blockchain类，在构造函数中创建了两个列表，一个用于储存区块链，一个用于储存交易。
以下是Blockchain类的框架：
Blockchain类用来管理链条，它能存储交易，加入新块等，下面我们来进一步完善这些方法。
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。
以下是一个区块的结构：
到这里，区块链的概念就清楚了，每个新的区块都包含上一个区块的Hash，这是关键的一点，它保障了区块链不可变性。如果攻击者破坏了前面的某个区块，那么后面所有区块的Hash都会变得不正确。不理解的话，慢慢消化，可参考{% post_link whatbc 区块链技术原理 %}
加入交易
接下来我们需要添加一个交易，来完善下new_transaction方法
方法向列表中添加一个交易记录，并返回该记录将被添加到的区块(下一个待挖掘的区块)的索引，等下在用户提交交易时会有用。
创建新块
当Blockchain实例化后，我们需要构造一个创世块（没有前区块的第一个区块），并且给它加上一个工作量证明。
每个区块都需要经过工作量证明，俗称挖矿，稍后会继续讲解。
为了构造创世块，我们还需要完善new_block(), new_transaction() 和hash() 方法：
通过上面的代码和注释可以对区块链有直观的了解，接下来我们看看区块是怎么挖出来的。
理解工作量证明
新的区块依赖工作量证明算法（PoW）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。
为了方便理解，举个例子：
假设一个整数 x 乘以另一个整数 y 的积的 Hash 值必须以 0 结尾，即 hash(x * y) = ac23dc…0。设变量 x = 5，求 y 的值？
用Python实现如下：
结果是y=21. 因为：
在比特币中，使用称为Hashcash的工作量证明算法，它和上面的问题很类似。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。
实现工作量证明
让我们来实现一个相似PoW算法，规则是：寻找一个数 p，使得它与前一个区块的 proof 拼接成的字符串的 Hash 值以 4 个零开头。
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。
现在Blockchain类基本已经完成了，接下来使用HTTP requests来进行交互。
Blockchain作为API接口
我们将使用Python Flask框架，这是一个轻量Web应用框架，它方便将网络请求映射到 Python函数，现在我们来让Blockchain运行在基于Flask web上。
我们将创建三个接口：
/transactions/new 创建一个交易并添加到区块
/mine 告诉服务器去挖掘新的区块
/chain 返回整个区块链
创建节点
我们的“Flask服务器”将扮演区块链网络中的一个节点。我们先添加一些框架代码：
简单的说明一下以上代码：
第15行: 创建一个节点.
第18行: 为节点创建一个随机的名字.
第21行: 实例Blockchain类.
第24–26行: 创建/mine GET接口。
第28–30行: 创建/transactions/new POST接口,可以给接口发送交易数据.
第32–38行: 创建 /chain 接口, 返回整个区块链。
第40–41行: 服务运行在端口5000上.
发送交易
发送到节点的交易数据结构如下：
之前已经有添加交易的方法，基于接口来添加交易就很简单了
挖矿
挖矿正是神奇所在，它很简单，做了一下三件事：
计算工作量证明PoW
通过新增一个交易授予矿工（自己）一个币
构造新区块并将其添加到链中
简单的说明一下以上代码：
第15行: 创建一个节点.
第18行: 为节点创建一个随机的名字.
第21行: 实例Blockchain类.
第24–26行: 创建/mine GET接口。
第28–30行: 创建/transactions/new POST接口,可以给接口发送交易数据.
第32–38行: 创建 /chain 接口, 返回整个区块链。
第40–41行: 服务运行在端口5000上.
发送交易
发送到节点的交易数据结构如下：
之前已经有添加交易的方法，基于接口来添加交易就很简单了
挖矿
挖矿正是神奇所在，它很简单，做了一下三件事：
计算工作量证明PoW
通过新增一个交易授予矿工（自己）一个币
构造新区块并将其添加到链中
注意交易的接收者是我们自己的服务器节点，我们做的大部分工作都只是围绕Blockchain类方法进行交互。到此，我们的区块链就算完成了，我们来实际运行下。
运行区块链
你可以使用cURL 或Postman 去和API进行交互
启动server:
让我们通过请求 http://localhost:5000/mine 来进行挖矿
通过post请求，添加一个新交易
如果不是使用Postman，则用一下的cURL语句也是一样的：
在挖了两次矿之后，就有3个块了，通过请求 http://localhost:5000/chain 可以得到所有的块信息。
一致性（共识）
我们已经有了一个基本的区块链可以接受交易和挖矿。但是区块链系统应该是分布式的。既然是分布式的，那么我们究竟拿什么保证所有节点有同样的链呢？这就是一致性问题，我们要想在网络上有多个节点，就必须实现一个一致性的算法。
注册节点
在实现一致性算法之前，我们需要找到一种方式让一个节点知道它相邻的节点。每个节点都需要保存一份包含网络中其它节点的记录。因此让我们新增几个接口：
/nodes/register 接收URL形式的新节点列表
/nodes/resolve 执行一致性算法，解决任何冲突，确保节点拥有正确的链
我们修改下Blockchain的init函数并提供一个注册节点方法：
我们用 set 来储存节点，这是一种避免重复添加节点的简单方法。
实现共识算法
前面提到，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，换句话说，网络中有效最长链才是实际的链。
我们使用一下的算法，来达到网络中的共识
第一个方法 valid_chain() 用来检查是否是有效链，遍历每个块验证hash和proof.
第2个方法 resolve_conflicts() 用来解决冲突，遍历所有的邻居节点，并用上一个方法检查链的有效性， 如果发现有效更长链，就替换掉自己的链。
让我们添加两个路由，一个用来注册节点，一个用来解决冲突。
你可以在不同的机器运行节点，或在一台机机开启不同的网络端口来模拟多节点的网络，这里在同一台机器开启不同的端口演示，在不同的终端运行一下命令，就启动了两个节点：http://localhost:5000 和 http://localhost:5001
然后在节点2上挖两个块，确保是更长的链，然后在节点1上访问接口/nodes/resolve ,这时节点1的链会通过共识算法被节点2的链取代。
好啦，你可以邀请朋友们一起来测试你的区块链。
作者简介：Daniel van Flymen，纽约区块链工程师
译者简介：熊丽兵， 牛娃软件 CTO ，深入浅出区块链learnblockchain.cn博主，区块链大本营特邀专栏作者。擅长Java/Python/JavaScript语言，曾就职于创新工场（点心团队），猎豹移动，参与开发移动应用，如安卓优化大师，清理大师等。昵称Tiny熊， ,区块链大本营特邀专栏作者， 对底层公链，区块链技术落地有深入研究。
本文原始链接
https://learnblockchain.cn/2017/10/27/build_blockchain_by_python/,转载请注明出处。
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