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【51CTO.com快译】近期的区块链重回热点,如果你想深入了解区块链,那就来看一下本文,手把手教你构建一个自己的区块链。
弄懂区块链的最快方法-亲自构建一个
看到这篇文章,说明您也是对加密货币的兴起感兴趣,想知道区块链是如何工作的和其背后运行的技术原理。
但是想要搞懂区块链并不容易。我在众多的视频中苦苦钻研,跟随着漏洞百出的教程,经历着因区块链相关案例太少而产生的挫败感。
我喜欢从行动中学习。它迫使我从代码层面处理问题,从而解决问题。如果您和我一样做,那么在本指南的最后,您将拥有一个运行正常的区块链,并对它们的工作原理有深入的了解。
上手准备
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、文件或您喜欢的任何数据。但是重要的是,它们通过使用哈希而被链接在一起。
如果您不确定什么是哈希值,请参考这里。
教程面向的人群?
可以轻松地阅读和编写一些基本的Python,并且对HTTP请求的工作方式有所了解,因为本文将通过HTTP与区块链进行交流。
需要准备什么?
确保已安装 Python 3.6 +(以及pip)。您还需要安装Flask和很棒的Requests库:
  1. pip install Flask==0.12.2 requests==2.18.4
复制代码
您还需要HTTP客户端,例如Postman或cURL。
源代码可在此处获得。
步骤1:构建一个区块链
打开你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。我们将只使用一个文件,但是如果您有困惑了,可以随时参考源代码。
展示区块链
我们将创建一个Blockchain class,它的构造函数会创建一个初始的空列表(用于存储我们的区块链),另一个用于存储事务。这是脚本:
  1. class Blockchain(object):  
  2. def __init__(self):  
  3. self.chain = []  
  4. self.current_transactions = []  
  5. def new_block(self):  
  6. # Creates a new Block and adds it to the chain  
  7. pass  
  8. def new_transaction(self):  
  9. # Adds a new transaction to the list of transactions  
  10. pass  
  11. @staticmethod  
  12. def hash(block):  
  13. # Hashes a Block  
  14. pass  
  15. @property  
  16. def last_block(self):  
  17. # Returns the last Block in the chain  
  18. pass  
复制代码
我们的Blockchain class负责管理链。它将存储事物,并具有一些将新块添加到链中的辅助方法。让我们来尝试一些新的方法吧。
Block像什么?
每个Block都有以下的内容:
  • 一个索引,
  • 一个时间戳(Unix时间),
  • 一个交易列表,
  • 一个证明(稍后会有更多说明)
  • 前一个区块的哈希值。
单个区块示例:
  1. block = {  
  2. 'index': 1,  
  3. 'timestamp': 1506057125.900785,  
  4. 'transactions': [  
  5. {  
  6. 'sender': "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00",  
  7. 'recipient': "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f",  
  8. 'amount': 5,  
  9. }  
  10. ],  
  11. 'proof': 324984774000,  
  12. 'previous_hash': "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"  
  13. }  
复制代码
在这一点上,链的概念应该很明显--每个新区块本身都包含前一个区块的哈希值。这是至关重要的,因为这给予了区块链的不可篡改性:如果攻击者破坏了链中较早的区块,则后续所有的区块都将包含不正确的哈希值。
不知道你能理解嘛,请多花些时间去理解它—这是区块链的核心思想。
添加事物到区块中
我们需要一种将事物添加到区块的方法。我们的new_transaction()方法有效,而且很简单:
  1. class Blockchain(object):  
  2. ...  
  3. def new_transaction(self, sender, recipient, amount):  
  4. """  
  5. Creates a new transaction to go into the next mined Block  
  6. :param sender: Address of the Sender  
  7. :param recipient: Address of the Recipient  
  8. :param amount: Amount  
  9. :return: The index of the Block that will hold this transaction  
  10. """  
  11. self.current_transactions.append({  
  12. 'sender': sender,  
  13. 'recipient': recipient,  
  14. 'amount': amount,  
  15. })
  16. return self.last_block['index'] + 1  
复制代码

在new_transaction()添加一个新的交易到列表中,它将返回到交易将被添加进去、即将被开采的区块的索引。这对之后提交交易的用户是很有用处的。
创建新区块
当我们Blockchain被实例化,我们需要用一个genesis块来播种它——一个没有前处理的块。还需要向我们的创世区块添加一个“证明”,这是挖掘(或工作证明)的结果。稍后我们将详细讨论挖矿。
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:
  1. import hashlib  
  2. import json  
  3. from time import time  
  4. class Blockchain(object):  
  5. def __init__(self):  
  6. self.current_transactions = []  
  7. self.chain = []  
  8. # Create the genesis block  
  9. self.new_block(previous_hash=1, proof=100)  
  10. def new_block(self, proof, previous_hash=None):  
  11. """  
  12. Create a new Block in the Blockchain  
  13. :param proof: The proof given by the Proof of Work algorithm  
  14. :param previous_hash: (Optional) Hash of previous Block  
  15. :return: New Block  
  16. """  
  17. block = {  
  18. 'index': len(self.chain) + 1,  
  19. 'timestamp': time(),  
  20. 'transactions': self.current_transactions,  
  21. 'proof': proof,  
  22. 'previous_hash': previous_hash or self.hash(self.chain[-1]),  
  23. }  
  24. # Reset the current list of transactions  
  25. self.current_transactions = []  
  26. self.chain.append(block)  
  27. return block  
  28. def new_transaction(self, sender, recipient, amount):
  29. """  
  30. Creates a new transaction to go into the next mined Block  
  31. :param sender: Address of the Sender  
  32. :param recipient: Address of the Recipient  
  33. :param amount: Amount  
  34. :return: The index of the Block that will hold this transaction  
  35. """  
  36. self.current_transactions.append({  
  37. 'sender': sender,  
  38. 'recipient': recipient,  
  39. 'amount': amount,  
  40. })  
  41. return self.last_block['index'] + 1  
  42. @property  
  43. def last_block(self):  
  44. return self.chain[-1]  
  45. @staticmethod  
  46. def hash(block):  
  47. """  
  48. Creates a SHA-256 hash of a Block  
  49. :param block: Block  
  50. :return:  
  51. """  
  52. # We must make sure that the Dictionary is Ordered, or we'll have inconsistent hashes  
  53. block_string = json.dumps(block, sort_keys=True).encode()  
  54. return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()  
复制代码

上面的内容应该很简单—我添加了一些注释和文档字符串来帮助保持清楚明了。对区块链的表示几乎完成了。但此时,您一定想知道如何创建、锻造或挖掘新的区块。
了解工作量证明
工作算法(PoW)是在区块链上创建或挖掘新区块的方式。PoW的目标是发现可以解决问题的数字。从数字上来说,很难找到该数字,但是很容易被网络上的任何人进行验证。这是工作证明的核心思想。
我们将看一个非常简单的示例来帮助理解。
让我们决定某个整数X乘以另一个Y的哈希必须以0结尾。因此,对于这个简化的示例,让我们修复。在Python中实现:xy0hash(x * y) = ac23dc...0x = 5
  1. from hashlib import sha256  
  2. x = 5  
  3. y = 0 # We don't know what y should be yet...  
  4. while sha256(f'{x*y}'.encode()).hexdigest()[-1] != "0":  
  5. y += 1  
  6. print(f'The solution is y = {y}')  
复制代码
解是y = 21。因为,产生的哈希值以0结尾:
  1. hash(5 * 21)= 1253e9373e ... 5e3600155e860
复制代码

在比特币中,工作证明算法称为Hashcash。而且与我们上面的示例并没有太大不同。这是矿工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决定。然后,通过在交易中获得硬币,矿工将借此获得奖励。
网络能够轻松验证他们的解决方案。
实施基本的工作证明
让我们为区块链实现类似的算法。我们的规则将类似于上面的示例:
找出一个数字 p ,当该数字与上一个块的解决方案进行哈希运算时,将产生一个带有4个前导4个0的哈希。
  1. import hashlib  
  2. import json  
  3. from time import time  
  4. from uuid import uuid4  
  5. class Blockchain(object):  
  6. ...  
  7. def proof_of_work(self, last_proof):  
  8. """  
  9. Simple Proof of Work Algorithm:  
  10. - Find a number p' such that hash(pp') contains leading 4 zeroes, where p is the previous p'  
  11. - p is the previous proof, and p' is the new proof  
  12. :param last_proof:  
  13. :return:  
  14. """  
  15. proof = 0  
  16. while self.valid_proof(last_proof, proof) is False:  
  17. proof += 1  
  18. return proof  
  19. @staticmethod  
  20. def valid_proof(last_proof, proof):  
  21. """  
  22. Validates the Proof: Does hash(last_proof, proof) contain 4 leading zeroes?  
  23. :param last_proof: Previous Proof  
  24. :param proof: Current Proof  
  25. :return: True if correct, False if not.  
  26. """  
  27. guess = f'{last_proof}{proof}'.encode()  
  28. guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest()  
  29. return guess_hash[:4] == "0000"  
复制代码

要调整算法的难度,我们可以修改前导零的数量。但是4就足够了。您会发现,添加单个前导零会极大地缩短寻找解决方案所需的时间。
我们的类快要完成了,我们已经准备好开始使用HTTP请求与其进行交互。
步骤2:我们的区块链作为API
我们将使用Python Flask框架。这是一个微框架,可轻松将端点映射到Python函数。这使我们可以使用HTTP请求通过web与区块链进行通信。
我们将创建三种方法:
  • /transactions/new 创建一个新的交易块。
  • /mine 告诉我们的服务器挖掘一个新块。
  • /chain 返回完整的区块链。
设置Flask
我们的“服务器”将在我们的区块链网络中形成单个节点。让我们创建一个demo:
  1. import hashlib  
  2. import json  
  3. from textwrap import dedent  
  4. from time import time  
  5. from uuid import uuid4  
  6. from flask import Flask  
  7. class Blockchain(object):  
  8. ...  
  9. # Instantiate our Node  
  10. app = Flask(__name__)  
  11. # Generate a globally unique address for this node  
  12. node_identifier = str(uuid4()).replace('-', '')  
  13. # Instantiate the Blockchain  
  14. blockchain = Blockchain()  
  15. @app.route('/mine', methods=['GET'])  
  16. def mine():  
  17. return "We'll mine a new Block"  
  18. @app.route('/transactions/new', methods=['POST'])  
  19. def new_transaction():  
  20. return "We'll add a new transaction"  
  21. @app.route('/chain', methods=['GET'])  
  22. def full_chain():  
  23. response = {  
  24. 'chain': blockchain.chain,  
  25. 'length': len(blockchain.chain),  
  26. }  
  27. return jsonify(response), 200  
  28. if __name__ == '__main__':  
  29. app.run(host='0.0.0.0', port=5000)  
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简要说明:
  • 第15行:实例化我们的节点;Flask更多信息
  • 第18行:为节点创建一个随机名称。
  • 第21行:实例化Blockchain类。
  • 第24–26行:创建/mine端点,这是一个GET请求。
  • 第28–30行:创建/transactions/new端点,这是一个POST请求,因为我们将向它发送数据。
  • 第32–38行:创建/chain端点,该端点返回完整的区块链。
  • 40-41行:在端口5000上运行服务器。
交易端点
这就是交易请求的样子。这是用户发送到服务器的内容:
  1. {  
  2. "sender": "my address",  
  3. "recipient": "someone else's address",  
  4. "amount": 5  
  5. }  
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由于我们已经有了用于将事务添加到块中的类方法,因此其余操作很简单。让我们编写添加事务的函数:
  1. import hashlib  
  2. import json  
  3. from textwrap import dedent  
  4. from time import time  
  5. from uuid import uuid4  
  6. from flask import Flask, jsonify, request  
  7. ...  
  8. @app.route('/transactions/new', methods=['POST'])  
  9. def new_transaction():  
  10. values = request.get_json()  
  11. # Check that the required fields are in the POST'ed data  
  12. required = ['sender', 'recipient', 'amount']  
  13. if not all(k in values for k in required):  
  14. return 'Missing values', 400  
  15. # Create a new Transaction  
  16. index = blockchain.new_transaction(values['sender'], values['recipient'], values['amount'])  
  17. response = {'message': f'Transaction will be added to Block {index}'}  
  18. return jsonify(response), 201  
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创建交易的方法
挖矿端点
我们的挖矿终点是奇迹发生的地方,这很容易上手。
它必须做三件事:
  • 计算工作量证明
  • 奖励矿商(我们)通过增加一个交易给予我们1枚硬币
  • 将新的区块上链
  1. import hashlib  
  2. import json  
  3. from time import time  
  4. from uuid import uuid4  
  5. from flask import Flask, jsonify, request  
  6. ...  
  7. @app.route('/mine', methods=['GET'])  
  8. def mine():  
  9. # We run the proof of work algorithm to get the next proof...  
  10. last_block = blockchain.last_block  
  11. last_proof = last_block['proof']  
  12. proof = blockchain.proof_of_work(last_proof)  
  13. # We must receive a reward for finding the proof.  
  14. # The sender is "0" to signify that this node has mined a new coin.  
  15. blockchain.new_transaction(  
  16. sender="0",  
  17. recipient=node_identifier,  
  18. amount=1,  
  19. )  
  20. # Forge the new Block by adding it to the chain  
  21. previous_hash = blockchain.hash(last_block)  
  22. block = blockchain.new_block(proof, previous_hash)  
  23. response = {  
  24. 'message': "New Block Forged",  
  25. 'index': block['index'],  
  26. 'transactions': block['transactions'],  
  27. 'proof': block['proof'],  
  28. 'previous_hash': block['previous_hash'],  
  29. }  
  30. return jsonify(response), 200  
复制代码


    1. <li><font color="black"><font style="background-color:inherit">import hashlib </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">import json </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">from time import time </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">from uuid import uuid4 </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">from flask import Flask, jsonify, request </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">... </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">@app.route('/mine', methods=['GET']) </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">def mine(): </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit"># We run the proof of work algorithm to get the next proof... </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">last_block = blockchain.last_block </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">last_proof = last_block['proof'] </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">proof = blockchain.proof_of_work(last_proof) </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit"># We must receive a reward for finding the proof. </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit"># The sender is "0" to signify that this node has mined a new coin. </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">blockchain.new_transaction( </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">sender="0", </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">recipient=node_identifier, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">amount=1, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">) </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit"># Forge the new Block by adding it to the chain </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">previous_hash = blockchain.hash(last_block) </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">block = blockchain.new_block(proof, previous_hash) </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">response = { </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">'message': "New Block Forged", </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">'index': block['index'], </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">'transactions': block['transactions'], </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">'proof': block['proof'], </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">'previous_hash': block['previous_hash'], </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">} </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">return jsonify(response), 200</font></font></li>
    复制代码

注意,已开采区块的接收者是我们节点的地址。而且,我们在这里所做的大部分工作只是与Blockchain类上的方法进行交互。至此,我们已经完成,可以开始与区块链进行交互了。
步骤3:与区块链交互
您可以使用普通的旧cURL或Postman通过网络与我们的API进行交互。
启动服务器:
让我们尝试通过向http://localhost:5000/mine:发出GET请求来挖掘一个块:
使用邮递员发出GET请求让我们创建一个新的事务,通过发送POST请求到http://localhost:5000/transactions/new,其主体包含我们的事务结构:
使用邮递员发出POST请求
如果您不使用Postman,可以使用cURL发出等效请求:http://localhost:5000/chain:
    1. <li><font color="black"><font style="background-color:inherit">{ </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"chain": [ </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">{ </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"index": 1, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"previous_hash": 1, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"proof": 100, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"timestamp": 1506280650.770839, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"transactions": [] </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">}, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">{ </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"index": 2, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"previous_hash": "c099bc...bfb7", </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"proof": 35293, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"timestamp": 1506280664.717925, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"transactions": [ </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">{ </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"amount": 1, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"recipient": "8bbcb347e0634905b0cac7955bae152b", </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"sender": "0" </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">} </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">] </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">}, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">{ </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"index": 3, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"previous_hash": "eff91a...10f2", </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"proof": 35089, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"timestamp": 1506280666.1086972, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"transactions": [ </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">{ </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"amount": 1, </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"recipient": "8bbcb347e0634905b0cac7955bae152b", </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"sender": "0" </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">} </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">] </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">} </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">], </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">"length": 3 </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">} </font></font></li>
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步骤4:共识
我们目前已经拥有一个基本的区块链,可以接受交易并允许我们挖掘新的区块。但是区块链的重点在于它们应该去中心化。而且,如果它们是去中心,我们如何确保它们都反映相同的链?这叫做共识问题,如果我们要在网络中拥有多个节点,就必须实现共识算法。
注册新节点
在实现共识算法之前,我们需要一种让节点知道网络上相邻节点的方法。我们网络上的每个节点都应保留网络上其他节点的注册表。
因此,我们将需要更多的端点:
  • /nodes/register 接受URL形式的新节点列表。
  • /nodes/resolve 实现我们的共识算法,该算法可以解决所有冲突-确保节点具有正确的链。
我们需要修改区块链的构造函数,并提供一种注册节点的方法:
    1. <li><font color="black"><font style="background-color:inherit">... </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">from urllib.parse import urlparse </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">... </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">class Blockchain(object): </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">def __init__(self): </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">... </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">self.nodes = set() </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">... </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">def register_node(self, address):</font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">""" </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">Add a new node to the list of nodes </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">:param address: Address of node. Eg. 'http://192.168.0.5:5000' </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">:return: None </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">""" </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">parsed_url = urlparse(address) </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">self.nodes.add(parsed_url.netloc) </font></font></li>
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一种将相邻节点添加到网络的方法
请注意,我们使用了a set()来保存节点列表。这是一种廉价方法,它确保添加新节点是幂等,这意味着无论我们添加特定节点多少次,它都将只出现一次。
实施共识算法
如上所述,当一个节点与另一节点具有不同的链时会发生冲突。为了解决这个问题,我们规定最长的有效链是具有最高权威的。换句话说,网络上最长的链是事实链。使用此算法,我们可以在网络中的节点之间达成共识。
    1. <li><font color="black"><font style="background-color:inherit">... </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">import requests </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">class Blockchain(object) </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">... </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">def valid_chain(self, chain): </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">""" </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">Determine if a given blockchain is valid </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">:param chain: A blockchain </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">:return: True if valid, False if not </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">""" </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">last_block = chain[0] </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">current_index = 1 </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">while current_index < len(chain): </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">block = chain[current_index] </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">print(f'{last_block}') </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">print(f'{block}') </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">print("\n-----------\n") </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit"># Check that the hash of the block is correct </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">if block['previous_hash'] != self.hash(last_block): </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">return False </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit"># Check that the Proof of Work is correct </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">if not self.valid_proof(last_block['proof'], block['proof']): </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">return False </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">last_block = block </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">current_index += 1 </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">return True </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">def resolve_conflicts(self): </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">""" </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">This is our Consensus Algorithm, it resolves conflicts </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">by replacing our chain with the longest one in the network. </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">:return: True if our chain was replaced, False if not </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">""" </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">neighbours = self.nodes </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">new_chain = None </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit"># We're only looking for chains longer than ours </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">max_length = len(self.chain) </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit"># Grab and verify the chains from all the nodes in our network </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">for node in neighbours: </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">response = requests.get(f'http://{node}/chain') </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">if response.status_code == 200: </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">length = response.json()['length'] </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">chain = response.json()['chain'] </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit"># Check if the length is longer and the chain is valid </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">if length > max_length and self.valid_chain(chain): </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">max_length = length </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">new_chain = chain </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit"># Replace our chain if we discovered a new, valid chain longer than ours </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">if new_chain: </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">self.chain = new_chain </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">return True </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">return False </font></font></li>
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第一种方法valid_chain()负责通过检查每个块并验证哈希和检验链是否有效。
resolve_conflicts()是一种方法,它会检查我们所有的相邻节点,下载它们的链并使用上述方法验证它们。如果找到有效链,其长度大于我们的长度,我们将替换它。
让我们将两个端点注册到我们的API,一个端点用于添加相邻节点,另一个端点用于解决冲突:
    1. <li><font color="black"><font style="background-color:inherit">@app.route('/nodes/register', methods=['POST']) </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">def register_nodes(): </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">values = request.get_json() </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">nodes = values.get('nodes') </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">if nodes is None: </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">return "Error: Please supply a valid list of nodes", 400 </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">for node in nodes: </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">blockchain.register_node(node) </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">response = { </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">'message': 'New nodes have been added', </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">'total_nodes': list(blockchain.nodes), </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">} </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">return jsonify(response), 201 </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">@app.route('/nodes/resolve', methods=['GET']) </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">def consensus(): </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">replaced = blockchain.resolve_conflicts() </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">if replaced: </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">response = { </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">'message': 'Our chain was replaced', </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">'new_chain': blockchain.chain </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">} </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">else: </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">response = { </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">'message': 'Our chain is authoritative', </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">'chain': blockchain.chain </font></font><font color="black"><font style="background-color:inherit"> </font></font></li><li><font color="black"><font style="background-color:inherit">}</font></font></li>
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  • return jsonify(response), 200
此时,您可以根据需要使用其他计算机,并在网络上启动不同的节点。或使用同一台计算机上的不同端口启动进程。我在机器上的另一个端口上旋转了另一个节点,并将其注册到当前节点。因此,我有两个节点:http://localhost:5000和http://localhost:5001。
注册新节点
然后,我在节点2上挖到了一些新区块,以确保链更长。之后,对GET /nodes/resolve在节点1上进行了调用,在该节点上,该链被共识算法替换:
工作中的共识算法
目前为止已经接近成功;可以去找一些朋友一起帮助测试您的区块链。
原文标题:Learn Blockchains by Building One,作者:Daniel van Flymen
【51CTO译稿,合作站点转载请注明原文译者和出处为51CTO.com】



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