区块链研究实验室 | 如何使用Python创建自己的加密货币

随着当前加密货币的兴起，区块链在技术界引起了轰动。

这项技术之所以吸引了如此多的关注，主要是因为它具有保证安全，强制分权和加快多个行业（尤其是金融行业）流程的能力。

本质上，区块链是一个公共数据库，它不可逆地记录和认证数字资产的拥有和传输。像比特币和以太坊这样的数字货币就是基于这个概念。

区块链是一项令人兴奋的技术，可用于转换应用程序的功能。

最近，我们看到政府，组织和个人使用区块链技术来创建自己的加密货币。值得注意的是，当Facebook提出自己的加密货币Libra时，这一公告激起了全世界的许多热潮。

如果您也可以效仿并创建自己的加密货币版本，你应该如何着手？

我考虑了这一点，决定开发一种可以创建加密货币的算法。

我决定将加密货币称为fccCoin。

在本教程中，我将逐步说明构建数字货币的过程（我使用了Python编程语言的面向对象概念）。

这是用于创建fccCoin的区块链算法的基本蓝图：

class Block: def __init__(): #first block class pass  def calculate_hash():  #calculates the cryptographic hash of every block  class BlockChain:  def __init__(self): # constructor method pass  def construct_genesis(self): # constructs the initial block pass def construct_block(self, proof_no, prev_hash): # constructs a new block and adds it to the chain pass @staticmethod def check_validity(): # checks whether the blockchain is valid pass def new_data(self, sender, recipient, quantity): # adds a new transaction to the data of the transactions pass @staticmethod def construct_proof_of_work(prev_proof): # protects the blockchain from attack pass  @property def last_block(self): # returns the last block in the chain return self.chain[-1]

现在，让我解释一下接下来应该怎么做……

1.建立第一个Block类

区块链由几个相互连接的块组成，因此，如果一个块被篡改，则链将变为无效。

在应用上述概念时，我创建了以下初始块类：

import hashlibimport timeclass Block: def __init__(self, index, proof_no, prev_hash, data, timestamp=None): self.index = index self.proof_no = proof_no self.prev_hash = prev_hash self.data = data self.timestamp = timestamp or time.time() @property def calculate_hash(self): block_of_string = "{}{}{}{}{}".format(self.index, self.proof_no, self.prev_hash, self.data, self.timestamp) return hashlib.sha256(block_of_string.encode()).hexdigest() def __repr__(self): return "{} - {} - {} - {} - {}".format(self.index, self.proof_no, self.prev_hash, self.data, self.timestamp)

从上面的代码中可以看到，我定义了__init __（）函数，该函数将在启动Block类时执行，就像在其他任何Python类中一样。

我为启动函数提供了以下参数：

self-引用Block类的实例，从而可以访问与该类关联的方法和属性；

索引—跟踪区块链在区块链中的位置；

proof_no-这是在创建新块（称为挖矿）期间产生的数量；

prev_hash —这是指链中上一个块的哈希值；

数据-提供所有已完成交易的记录，例如购买数量；

时间戳记-为事务放置时间戳记。

类中的第二个方法calculate_hash将使用上述值生成块的哈希。SHA-256模块被导入到项目中，以帮助获得块的哈希值。

将值输入到密码哈希算法后，该函数将返回一个256位字符串，表示该块的内容。

这就是在区块链中实现安全性的方式-每个块都将具有哈希，并且该哈希将依赖于前一个块的哈希。

因此，如果有人试图破坏链中的任何区块，其他区块将具有无效的哈希值，从而导致整个区块链网络的破坏。

最终，一个块将如下所示：

{ "index": 2, "proof": 21, "prev_hash": "6e27587e8a27d6fe376d4fd9b4edc96c8890346579e5cbf558252b24a8257823", "transactions": [ {'sender': '0', 'recipient': 'Quincy Larson', 'quantity': 1} ], "timestamp": 1521646442.4096143}

2.建立区块链类

顾名思义，区块链的主要思想涉及将多个区块相互“链接”。

因此，我将构建一个对管理整个链的工作很有用的Blockchain类。这是大多数动作将要发生的地方。

该Blockchain类将在blockchain完成各种任务的各种辅助方法。

让我解释一下每个方法在类中的作用。

A.构造方法

此方法确保实例化区块链。

class BlockChain: def __init__(self): self.chain = [] self.current_data = [] self.nodes = set() self.construct_genesis()

以下是其属性的作用：

self.chain-此变量保留所有块；

self.current_data-此变量将所有已完成的事务保留在该块中；

self.construct_genesis（） -此方法将负责构造初始块。

B.构建创世块

区块链需要一个construct_genesis方法来构建链中的初始块。在区块链惯例中，此块是特殊的，因为它象征着区块链的开始。

在这种情况下，让我们通过简单地将一些默认值传递给Construct_block方法来构造它。

尽管您可以提供所需的任何值，但我都给了proof_no和prev_hash一个零值。

def construct_genesis(self): self.construct_block(proof_no=0, prev_hash=0)def construct_block(self, proof_no, prev_hash): block = Block( index=len(self.chain), proof_no=proof_no, prev_hash=prev_hash, data=self.current_data) self.current_data = [] self.chain.append(block) return block

C.建造新的街区

该construct_block 方法用于在blockchain创造新的块。

这是此方法的各种属性所发生的情况：

索引-代表区块链的长度；

proof_nor＆prev_hash —调用者方法传递它们；

数据-包含节点上任何块中未包含的所有事务的记录；

self.current_data-用于重置节点上的事务列表。如果已经构造了一个块并将事务分配给该块，则会重置该列表以确保将来的事务被添加到该列表中。并且，该过程将连续进行；

self.chain.append（）-此方法将新构建的块连接到链；

return-最后，返回一个构造的块对象。

D.检查有效性

该check_validity方法是评估blockchain的完整性，确保异常是绝对重要。

如上所述，散列对于区块链的安全至关重要，因为即使对象发生任何细微变化也将导致生成全新的哈希。

因此，此check_validity 方法使用if语句检查每个块的哈希是否正确。

它还通过比较其哈希值来验证每个块是否指向正确的上一个块。如果一切正确，则返回true；否则，返回true。否则，它返回false。

@staticmethoddef check_validity(block, prev_block): if prev_block.index + 1 != block.index: return False elif prev_block.calculate_hash != block.prev_hash: return False elif not BlockChain.verifying_proof(block.proof_no, prev_block.proof_no): return False elif block.timestamp <= prev_block.timestamp: return False return True

E.添加交易数据

该NEW_DATA方法用于添加事务的数据的块。这是一种非常简单的方法：它接受三个参数（发送者的详细信息，接收者的详细信息和数量），并将交易数据附加到self.current_data列表中。

每当创建新块时，都会将该列表分配给该块，并再次按Construct_block方法中的说明进行重置。

将交易数据添加到列表后，将返回要创建的下一个块的索引。

该索引是通过将当前块的索引（即区块链中的最后一个）的索引加1来计算的。数据将帮助用户将来提交交易。

def new_data(self, sender, recipient, quantity): self.current_data.append({ 'sender': sender, 'recipient': recipient, 'quantity': quantity }) return True

F.添加工作证明

工作量证明是防止区块链滥用的概念。简而言之，其目的是在完成一定数量的计算工作后，确定一个可以解决问题的编号。

如果识别数字的难度很高，则不鼓励发送垃圾邮件和篡改区块链。

在这种情况下，我们将使用一种简单的算法来阻止人们挖掘区块或轻松创建区块。

@staticmethoddef proof_of_work(last_proof): '''this simple algorithm identifies a number f' such that hash(ff') contain 4 leading zeroes f is the previous f' f' is the new proof ''' proof_no = 0 while BlockChain.verifying_proof(proof_no, last_proof) is False: proof_no += 1 return proof_no@staticmethoddef verifying_proof(last_proof, proof): #verifying the proof: does hash(last_proof, proof) contain 4 leading zeroes? guess = f''.encode() guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest() return guess_hash[:4] == "0000"

G.得到最后一块

最后，latest_block 方法是一种帮助程序方法，可帮助获取区块链中的最后一个块。请记住，最后一个块实际上是链中的当前块。

@property def latest_block(self): return self.chain[-1]

总结

这是用于创建fccCoin加密货币的完整代码。

import hashlibimport timeclass Block: def __init__(self, index, proof_no, prev_hash, data, timestamp=None): self.index = index self.proof_no = proof_no self.prev_hash = prev_hash self.data = data self.timestamp = timestamp or time.time() @property def calculate_hash(self): block_of_string = "{}{}{}{}{}".format(self.index, self.proof_no, self.prev_hash, self.data, self.timestamp) return hashlib.sha256(block_of_string.encode()).hexdigest() def __repr__(self): return "{} - {} - {} - {} - {}".format(self.index, self.proof_no, self.prev_hash, self.data, self.timestamp)class BlockChain: def __init__(self): self.chain = [] self.current_data = [] self.nodes = set() self.construct_genesis() def construct_genesis(self): self.construct_block(proof_no=0, prev_hash=0) def construct_block(self, proof_no, prev_hash): block = Block( index=len(self.chain), proof_no=proof_no, prev_hash=prev_hash, data=self.current_data) self.current_data = [] self.chain.append(block) return block @staticmethod def check_validity(block, prev_block): if prev_block.index + 1 != block.index: return False elif prev_block.calculate_hash != block.prev_hash: return False elif not BlockChain.verifying_proof(block.proof_no, prev_block.proof_no): return False elif block.timestamp <= prev_block.timestamp: return False return True def new_data(self, sender, recipient, quantity): self.current_data.append({ 'sender': sender, 'recipient': recipient, 'quantity': quantity }) return True @staticmethod def proof_of_work(last_proof): '''this simple algorithm identifies a number f' such that hash(ff') contain 4 leading zeroes f is the previous f' f' is the new proof ''' proof_no = 0 while BlockChain.verifying_proof(proof_no, last_proof) is False: proof_no += 1 return proof_no @staticmethod def verifying_proof(last_proof, proof): #verifying the proof: does hash(last_proof, proof) contain 4 leading zeroes? guess = f''.encode() guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest() return guess_hash[:4] == "0000" @property def latest_block(self): return self.chain[-1] def block_mining(self, details_miner): self.new_data( sender="0", #it implies that this node has created a new block receiver=details_miner, quantity= 1, #creating a new block (or identifying the proof number) is awarded with 1 ) last_block = self.latest_block last_proof_no = last_block.proof_no proof_no = self.proof_of_work(last_proof_no) last_hash = last_block.calculate_hash block = self.construct_block(proof_no, last_hash) return vars(block) def create_node(self, address): self.nodes.add(address) return True @staticmethod def obtain_block_object(block_data): #obtains block object from the block data return Block( block_data['index'], block_data['proof_no'], block_data['prev_hash'], block_data['data'], timestamp=block_data['timestamp'])

现在，让我们测试我们的代码，看看它是否有效。

blockchain = BlockChain()print("***Mining fccCoin about to start***")print(blockchain.chain)last_block = blockchain.latest_blocklast_proof_no = last_block.proof_noproof_no = blockchain.proof_of_work(last_proof_no)blockchain.new_data( sender="0", #it implies that this node has created a new block recipient="Quincy Larson", #let's send Quincy some coins! quantity= 1, #creating a new block (or identifying the proof number) is awarded with 1)last_hash = last_block.calculate_hashblock = blockchain.construct_block(proof_no, last_hash)print("***Mining fccCoin has been successful***")print(blockchain.chain)

有效！

这是挖掘过程的输出：

***Mining fccCoin about to start***[0 - 0 - 0 - [] - 1566930640.2707076]***Mining fccCoin has been successful***[0 - 0 - 0 - [] - 1566930640.2707076, 1 - 88914 - a8d45cb77cddeac750a9439d629f394da442672e56edfe05827b5e41f4ba0138 - [{'sender': '0', 'recipient': 'Quincy Larson', 'quantity': 1}] - 1566930640.5363243]

结论

以上就是使用Python创建自己的区块链的方式。

如果按原样部署该代币，它将无法满足当前市场对稳定，安全且易于使用的加密货币的需求。

因此，仍可以通过添加其他功能来增强其挖掘和发送财务交易的功能，从而对其进行改进。