用不到50行的 Python 2.x代碼實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈

雖然有些人認(rèn)為區(qū)塊鏈是一個(gè)早晚會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題的解決方案，但是毫無(wú)疑問(wèn)，這個(gè)創(chuàng)新技術(shù)是一個(gè)計(jì)算機(jī)技術(shù)上的奇跡。那么，究竟什么是區(qū)塊鏈呢？

區(qū)塊鏈

以比特幣Bitcoin或其它加密貨幣按時(shí)間順序公開(kāi)地記錄交易的數(shù)字賬本。

更通俗的說(shuō)，它是一個(gè)公開(kāi)的數(shù)據(jù)庫(kù)，新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在被稱之為區(qū)塊block的容器中，并被添加到一個(gè)不可變的鏈chain中（因此被稱為區(qū)塊鏈blockchain），之前添加的數(shù)據(jù)也在該鏈中。對(duì)于比特幣或其它加密貨幣來(lái)說(shuō)，這些數(shù)據(jù)就是一組組交易，不過(guò)，也可以是其它任何類型的數(shù)據(jù)。

區(qū)塊鏈技術(shù)帶來(lái)了全新的、完全數(shù)字化的貨幣，如比特幣和萊特幣Litecoin，它們并不由任何中心機(jī)構(gòu)管理。這給那些認(rèn)為當(dāng)今的銀行系統(tǒng)是騙局并將最終走向失敗的人帶來(lái)了自由。區(qū)塊鏈也革命性地改變了分布式計(jì)算的技術(shù)形式，如以太坊Ethereum就引入了一種有趣的概念：智能合約smart contract。

在這篇文章中，我將用不到 50 行的 Python 2.x 代碼實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈，我把它叫做 SnakeCoin。

不到 50 行代碼的區(qū)塊鏈

我們首先將從定義我們的區(qū)塊是什么開(kāi)始。在區(qū)塊鏈中，每個(gè)區(qū)塊隨同時(shí)間戳及可選的索引一同存儲(chǔ)。在 SnakeCoin 中，我們會(huì)存儲(chǔ)這兩者。為了確保整個(gè)區(qū)塊鏈的完整性，每個(gè)區(qū)塊都會(huì)有一個(gè)自識(shí)別的哈希值。如在比特幣中，每個(gè)區(qū)塊的哈希是該塊的索引、時(shí)間戳、數(shù)據(jù)和前一個(gè)區(qū)塊的哈希值等數(shù)據(jù)的加密哈希值。這里提及的“數(shù)據(jù)”可以是任何你想要的數(shù)據(jù)。

真棒，現(xiàn)在我們有了區(qū)塊的結(jié)構(gòu)了，不過(guò)我們需要?jiǎng)?chuàng)建的是一個(gè)區(qū)塊鏈。我們需要把區(qū)塊添加到一個(gè)實(shí)際的鏈中。如我們之前提到過(guò)的，每個(gè)區(qū)塊都需要前一個(gè)區(qū)塊的信息。但問(wèn)題是，該區(qū)塊鏈中的第一個(gè)區(qū)塊在哪里？好吧，這個(gè)第一個(gè)區(qū)塊，也稱之為創(chuàng)世區(qū)塊，是一個(gè)特別的區(qū)塊。在很多情況下，它是手工添加的，或通過(guò)獨(dú)特的邏輯添加的。

我們將創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)來(lái)簡(jiǎn)單地返回一個(gè)創(chuàng)世區(qū)塊解決這個(gè)問(wèn)題。這個(gè)區(qū)塊的索引為 0 ，其包含一些任意的數(shù)據(jù)值，其“前一哈希值”參數(shù)也是任意值。

現(xiàn)在我們可以創(chuàng)建創(chuàng)世區(qū)塊了，我們需要一個(gè)函數(shù)來(lái)生成該區(qū)塊鏈中的后繼區(qū)塊。該函數(shù)將獲取鏈中的前一個(gè)區(qū)塊作為參數(shù)，為要生成的區(qū)塊創(chuàng)建數(shù)據(jù)，并用相應(yīng)的數(shù)據(jù)返回新的區(qū)塊。新的區(qū)塊的哈希值來(lái)自于之前的區(qū)塊，這樣每個(gè)新的區(qū)塊都提升了該區(qū)塊鏈的完整性。如果我們不這樣做，外部參與者就很容易“改變過(guò)去”，把我們的鏈替換為他們的新鏈了。這個(gè)哈希鏈起到了加密的證明作用，并有助于確保一旦一個(gè)區(qū)塊被添加到鏈中，就不能被替換或移除。

這就是主要的部分。

現(xiàn)在我們能創(chuàng)建自己的區(qū)塊鏈了！在這里，這個(gè)區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)簡(jiǎn)單的 Python 列表。其第一個(gè)的元素是我們的創(chuàng)世區(qū)塊，我們會(huì)添加后繼區(qū)塊。因?yàn)?SnakeCoin 是一個(gè)極小的區(qū)塊鏈，我們僅僅添加了 20 個(gè)區(qū)塊。我們通過(guò)循環(huán)來(lái)完成它。

讓我們看看我們的成果：

別擔(dān)心，它將一直添加到 20 個(gè)區(qū)塊

很好，我們的區(qū)塊鏈可以工作了。如果你想要在主控臺(tái)查看更多的信息，你可以編輯其完整的源代碼并輸出每個(gè)區(qū)塊的時(shí)間戳或數(shù)據(jù)。

這就是 SnakeCoin 所具有的功能。要使 SnakeCoin 達(dá)到現(xiàn)今的產(chǎn)品級(jí)的區(qū)塊鏈的高度，我們需要添加更多的功能，如服務(wù)器層，以在多臺(tái)機(jī)器上跟蹤鏈的改變，并通過(guò)工作量證明算法（POW）來(lái)限制給定時(shí)間周期內(nèi)可以添加的區(qū)塊數(shù)量。

讓這個(gè)極小區(qū)塊鏈稍微變大些

這個(gè)極小的區(qū)塊鏈及其簡(jiǎn)單，自然也相對(duì)容易完成。但是因其簡(jiǎn)單也帶來(lái)了一些缺陷。首先，SnakeCoin 僅能運(yùn)行在單一的一臺(tái)機(jī)器上，所以它相距分布式甚遠(yuǎn)，更別提去中心化了。其次，區(qū)塊添加到區(qū)塊鏈中的速度同在主機(jī)上創(chuàng)建一個(gè) Python 對(duì)象并添加到列表中一樣快。在我們的這個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈中，這不是問(wèn)題，但是如果我們想讓 SnakeCoin 成為一個(gè)實(shí)際的加密貨幣，我們就需要控制在給定時(shí)間內(nèi)能創(chuàng)建的區(qū)塊（和幣）的數(shù)量。

從現(xiàn)在開(kāi)始，SnakeCoin 中的“數(shù)據(jù)”將是交易數(shù)據(jù)，每個(gè)區(qū)塊的“數(shù)據(jù)”字段都將是一些交易信息的列表。接著我們來(lái)定義“交易”。每個(gè)“交易”是一個(gè) JSON 對(duì)象，其記錄了幣的發(fā)送者、接收者和轉(zhuǎn)移的 SnakeCoin 數(shù)量。注：交易信息是 JSON 格式，原因我很快就會(huì)說(shuō)明。

現(xiàn)在我們知道了交易信息看起來(lái)的樣子了，我們需要一個(gè)辦法來(lái)將其加到我們的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)（稱之為節(jié)點(diǎn)）中。要做這個(gè)事情，我們會(huì)創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的 HTTP 服務(wù)器，以便每個(gè)用戶都可以讓我們的節(jié)點(diǎn)知道發(fā)生了新的交易。節(jié)點(diǎn)可以接受 POST 請(qǐng)求，請(qǐng)求數(shù)據(jù)為如上的交易信息。這就是為什么交易信息是 JSON 格式的：我們需要它們可以放在請(qǐng)求信息中傳遞給服務(wù)器。

真棒！現(xiàn)在我們有了一種保存用戶彼此發(fā)送 SnakeCoin 的記錄的方式。這就是為什么人們將區(qū)塊鏈稱之為公共的、分布式賬本：所有的交易信息存儲(chǔ)給所有人看，并被存儲(chǔ)在該網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上。

但是，有個(gè)問(wèn)題：人們從哪里得到 SnakeCoin 呢？現(xiàn)在還沒(méi)有辦法得到，還沒(méi)有一個(gè)稱之為 SnakeCoin 這樣的東西，因?yàn)槲覀冞€沒(méi)有創(chuàng)建和分發(fā)任何一個(gè)幣。要?jiǎng)?chuàng)建新的幣，人們需要“挖”一個(gè)新的 SnakeCoin 區(qū)塊。當(dāng)他們成功地挖到了新區(qū)塊，就會(huì)創(chuàng)建出一個(gè)新的 SnakeCoin ，并獎(jiǎng)勵(lì)給挖出該區(qū)塊的人（礦工）。一旦挖礦的礦工將 SnakeCoin 發(fā)送給別人，這個(gè)幣就流通起來(lái)了。

我們不想讓挖新的 SnakeCoin 區(qū)塊太容易，因?yàn)檫@將導(dǎo)致 SnakeCoin 太多了，其價(jià)值就變低了；同樣，我們也不想讓它變得太難，因?yàn)槿绻麤](méi)有足夠的幣供每個(gè)人使用，它們對(duì)于我們來(lái)說(shuō)就太昂貴了。為了控制挖新的 SnakeCoin 區(qū)塊的難度，我們會(huì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)工作量證明Proof-of-Work（PoW）算法。工作量證明基本上就是一個(gè)生成某個(gè)項(xiàng)目比較難，但是容易驗(yàn)證（其正確性）的算法。這個(gè)項(xiàng)目被稱之為“證明”，聽(tīng)起來(lái)就像是它證明了計(jì)算機(jī)執(zhí)行了特定的工作量。

在 SnakeCoin 中，我們創(chuàng)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的 PoW 算法。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新區(qū)塊，礦工的計(jì)算機(jī)需要遞增一個(gè)數(shù)字，當(dāng)該數(shù)字能被 9 （“SnakeCoin” 這個(gè)單詞的字母數(shù)）整除時(shí)，這就是最后這個(gè)區(qū)塊的證明數(shù)字，就會(huì)挖出一個(gè)新的 SnakeCoin 區(qū)塊，而該礦工就會(huì)得到一個(gè)新的 SnakeCoin。

我們差不多就要完成了。在運(yùn)行了完整的 SnakeCoin 服務(wù)器代碼之后，在你的終端可以運(yùn)行如下代碼。（假設(shè)你已經(jīng)安裝了 cCUL）。

對(duì)代碼做下美化處理，我們看到挖礦后我們得到的新區(qū)塊的信息：

大功告成！現(xiàn)在 SnakeCoin 可以運(yùn)行在多個(gè)機(jī)器上，從而創(chuàng)建了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而且真實(shí)的 SnakeCoin 也能被挖到了。

你可以根據(jù)你的喜好去修改 SnakeCoin 服務(wù)器代碼，并問(wèn)各種問(wèn)題了。