從0編寫區(qū)塊鏈之用python解釋區(qū)塊鏈最基本原理

更新時間：2022年02月14日 15:33:20 作者：tyler_download

人工智能和區(qū)塊鏈誕生至今已經(jīng)有了十幾年，當這些技術出現(xiàn)時，人們都說他們會改變世界，但至今為止，這兩項技術對現(xiàn)實的影響依然有限，接下來通過本文介紹下從0編寫區(qū)塊鏈之用python解釋區(qū)塊鏈最基本原理,需要的朋友可以參考下

人工智能和區(qū)塊鏈誕生至今已經(jīng)有了十幾年，當這些技術出現(xiàn)時，人們都說他們會改變世界，但至今為止，這兩項技術對現(xiàn)實的影響依然有限。從技術上看人工智能的原理其實是從大量數(shù)據(jù)中尋找規(guī)律或模式，但區(qū)塊鏈的技術原理是什么呢？在我看來區(qū)塊鏈的原理一直處于云里霧里，有很多近乎玄學的解釋將其籠罩，有人從經(jīng)濟學解釋，有人從社會學解釋，從”人文“角度解釋的區(qū)塊鏈總是過于夸大其詞，這些說法中往往又包含不良用心。

由此我想去蕪存真，我們不用關心區(qū)塊鏈如何”改變世界“，我們就從純技術角度去探討，其實區(qū)塊鏈和人工智能一樣，從技術的角度看去，他們都有著極為美妙的設計思想，這些設計的美妙就像唐詩宋詞，就像畢加索的話，如果我們沒有去欣賞它的美，那豈不可惜。相比于人工智能，我認為區(qū)塊鏈在技術上更容易被普通人觸碰，因為前者需要大量的數(shù)據(jù)和算力，而后者只要我們掌握其技術原理就能參與其中，不需要太高的硬件門檻。

話不多說，我們看看如何用python代碼把最基本的區(qū)塊鏈原理編寫出來。首先我們看區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結構，它包含三部分信息，一是用于標志自己的id,它是一個整數(shù)，第二個是用于記錄前一個區(qū)塊的id，也是一個整數(shù)，由于區(qū)塊用于記錄信息，因此它還包含一個字段，我們用history來表示，這個字段用來記錄當前發(fā)生了的信息，區(qū)塊鏈最大的作用就是讓這段信息可驗證而且不可更改，我們先看數(shù)據(jù)結構的定義,先創(chuàng)建文件block.：

class Block:
    def __init__(self):
        self.id = None
        self.history = None
        self.parent_id = None

接下來我們看看區(qū)塊如何行成”鏈“，同時如何記錄信息。假設我們想要記錄這么一個事件：張三想跟李四用一百塊買三條魚，李四收到一百塊后給了張三三條魚”，那么我們可以使用下面代碼用區(qū)塊鏈進行記錄,創(chuàng)建main.py，然后給出如下代碼:

from block import *

block_A = Block()
block_A.id = 1
block_A.history = '張三想要三條魚'
block_B = Block()
block_B.id = 2
block_B.parent_id = block_A.id
block_B.history = '張三跟李四買三條魚'
block_C = Block()
block_C.id = 3
block_C.parent_id = block_B.id
block_C.history = '張三給李四一百塊'
block_D = Block()
block_D.id = 3
block_D.parent_id = block_B.id
block_D.history = '李四收到張三一百塊'
block_E = Block()
block_E.id = 3
block_E.parent_id = block_B.id
block_E.history = '李四給張三三條魚'

從代碼上看不同區(qū)塊之間通過parent_id形成了前后連接關系，這就是區(qū)塊鏈中的“鏈”，但現(xiàn)在還有一個嚴重問題，那就是信息可以更改，假設張三想來著，他把block_E里面的history改成李四給張三兩條魚，然后找李四算賬那怎辦，或者李四想賴賬，把block_D中的history改成“李四收到張三五十塊”，然后又找張三要錢，那怎么辦。

為了確保信息不被更改，我們需要對每個區(qū)塊的內容進行加密或者哈希，因此上面代碼修改如下：

# This is a sample Python script.

# Press ?R to execute it or replace it with your code.
# Press Double ? to search everywhere for classes, files, tool windows, actions, and settings.
from block import *
import hashlib
import json
block_A = Block()
block_A.id = 1
block_A.history = '張三想要三條魚'
block_B = Block()
block_B.id = 2
block_B.parent_id = block_A.id
block_B.history = '張三跟李四買三條魚'
block_B.parent_hash = hashlib.sha256(json.dumps(block_A.__dict__).encode('utf-8')).hexdigest()
block_C = Block()
block_C.id = 3
block_C.parent_id = block_B.id
block_C.history = '張三給李四一百塊'
block_C.parent_hash = hashlib.sha256(json.dumps(block_B.__dict__).encode('utf-8')).hexdigest()
block_D = Block()
block_D.id = 4
block_D.parent_id = block_C.id
block_D.history = '李四收到張三一百塊'
block_D.parent_hash = hashlib.sha256(json.dumps(block_C.__dict__).encode('utf-8')).hexdigest()
block_E = Block()
block_E.id = 5
block_E.parent_id = block_B.id
block_E.history = '李四給張三三條魚'
block_E.parent_hash = hashlib.sha256(json.dumps(block_D__dict__).encode('utf-8')).hexdigest()

有了哈希，如何任何一個區(qū)塊被修改，那么當前區(qū)塊和后續(xù)區(qū)塊的哈希都得修改，例如李四把block_C的history改成“張三給李四五十塊”，那么我們看到李四必須要把block_C到block_E的哈希全部改了，如果這條鏈很長的話，李四改起來就非常吃力。同時為了確保信息的可靠性，
張三和李四需要把上面的區(qū)塊鏈發(fā)送給其他一百個人進行存儲，這樣一來張三或李四想要賴賬那就更加困難，因為有一百個見證者。

區(qū)塊鏈信息記錄的特點是只增不刪，因此張三想要賴賬的話，他只能在上面基礎上再增加一個區(qū)塊，也就是block_F, 里面的history寫上了“張三收到李四兩條魚”，然后將這個區(qū)塊發(fā)給其他100個人，為了防止隨意添加區(qū)塊造成信息混亂的情況，在區(qū)塊鏈中有一個專門的角色負責將新增的區(qū)塊添加到現(xiàn)有的區(qū)塊鏈上，這個角色拿到區(qū)塊數(shù)據(jù)后，，在不考慮parent_hash字段的情況下將數(shù)據(jù)序列化，接著找到一個特定字符串，這個字符串必須滿足給定要求，那就是它與區(qū)塊序列化的數(shù)據(jù)合并后，算出來的哈希值必須以5個0開頭，我們從代碼上看看這是什么意思：

#proof-of-work
block_F = Block()
block_F.id = 6
block_E.parent_id = block_E.id
block_E.history = '李四給張三三條魚'
#注意我們這里沒有設置parent_hash字段
block_F_serialized = json.dumps(block_F.__dict__).encode('utf-8')
print(block_F_serialized)
for i in range(10000000):
    proof_of_work = str(i).encode('utf-8')
    result = hashlib.sha256(block_F_serialized + proof_of_work).hexdigest()
    if result[:5] == '00000': #哈希結果只有以5個0開頭才能添加區(qū)塊到公鏈
        print(proof_of_work)
        print(result)
        break 
    #找到特定字符串后獲取回報，所謂挖礦就是干這個事情

上面代碼運行后所得結果為:

b'{"id": 6, "history": null, "parent_id": null, "parent_hash": null}'
b'553448'
0000034ba1dabbf794212082b47a6bcc98cb33eed86d363993270ca58e243bb9

也就是說特定字符串內容為"553448"，它能使得新區(qū)塊內容和它結合后算出來的哈希以5個0開頭，專門負責給區(qū)塊查找這種字符串的角色就叫“礦工”，這個查找過程就叫挖礦，一旦找到這個特定字符串后他就能獲取回報，也就是加密貨幣。

現(xiàn)在我們實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的修改很困難，同時區(qū)塊的添加也需要付出一定成本，但假設李四就是拼了老命也想把以前記錄的信息修改掉，并為此愿意付出一切代價，假設當前區(qū)塊鏈有1000個數(shù)據(jù)塊，他想修改第一個塊記錄的信息，于是他修改了后面999個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)，但原始數(shù)據(jù)被其他人掌握著，因此他自己修改的數(shù)據(jù)就不會被采納。由于區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)被分布存儲在不同地方，于是在某項地方數(shù)據(jù)可能會被修改，這樣就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的情況，區(qū)塊鏈還有一個重要任務就是在這種情況下達成共識。

同時當有新的區(qū)塊需要加入公鏈時，我們需要將新增區(qū)塊通過廣播的方式通知所有人，于是就有個問題，那就是有些人較早獲得通知，有些獲得通知較晚，更有可能你會同時收到多個消息，假設現(xiàn)在公鏈上最后一個消息編號為5，此時你同時收到了兩個消息東邊發(fā)來的消息為history:王五想跟李四買一斤蝦；西邊發(fā)來的消息為history:李六想跟張三買兩條魚，那么我們應該將哪個消息作為編號6呢，此時的做法是先等等，如果過了一會西邊發(fā)來了5條消息，同時東邊只發(fā)來2條消息，那么就把消息少的拋棄，將消息多的經(jīng)過處理后添加到公鏈。

通過選擇數(shù)據(jù)多的添加到公鏈有個好處就是讓數(shù)據(jù)的修改變得幾乎不可能，例如李四辛辛苦苦花了半小時修改了999個區(qū)塊，然后想要廣播給其他人，但是很可能這段時間內有10000個新區(qū)塊生成，于是他修改的999個區(qū)塊就會被丟棄掉，這樣他就無法進行任何修改。這個過程其實涉及到非常復雜的分布式計算理論，我們無法簡單使用代碼實現(xiàn)。

區(qū)塊鏈的設計思想非常偉大，它集合了很多智慧的結晶，例如加密算法，分布式算法，心理學，經(jīng)濟學等，由于它跨越領域太多，這也是它特別“玄學”的原因，我們后面僅從技術的角度進行思考，看看區(qū)塊鏈采用的算法原理，同時也逐步探討如何基于區(qū)塊鏈的基礎上進行應用開發(fā)。

到此這篇關于從0編寫區(qū)塊鏈之用python解釋區(qū)塊鏈最基本原理的文章就介紹到這了,更多相關python解釋區(qū)塊鏈內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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