Flask实现BlockChain应用之一

在BlockChain如此火爆的年代，那么BlockChain到底是什么呢，在这里通过一个简单的示例来演示一下BlockChain的应用。

首先，BlockChain是什么呢？BlockChain的思想最早出现在大名鼎鼎的比特币 开源项目中。其借鉴了来自数字货币、密码学、博弈论、分布式系统、控制论等多个领域的技术成果而形成的。其显显著特征是：去中心化的共有账本、具有一致性、安全性和共识性等特点。目前在BlockChain中的应用中除比特币外，比较著名的还有以太坊以及超级记账本等。

虽然，BlockChain具有如此多的优点，可以应用在金融，征信，专利权，版权等各个方面。但是，目前最大的制约是，BlockChain不适用于高频交易的场景，由于金融系统的特殊性，业界比较关注BlockChain交易的吞吐量，同时降低交易的确认延迟。

但是，完全搞懂BlockChain并非易事，个人喜欢在实践中掌握知识，在这里就自己实现一个基于BlockChain的应用，来掌握区块链的概念。

第一步先定义一个BlockChain中区块的基本结构如下：

block = {

'index': 1,

'timestamp': 1506057125.900785,

'transactions': [{

'sender': "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00",

'recipient': "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f",

'amount': 15,

}],

'proof': 324977400000,

'previous_hash': "00000dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"

}

区块的结构定义之后，构建Flask的工程入下：

在application包的初始化中定义Flask的app，并创建views.py来定义试图，并在run中初始化app，并执行。代码结构如下：

run.py

fromapplicationimportapp

importapplication.views

if__name__ =='__main__':

app.run()

application/__init__.py

fromflaskimportFlask

app = Flask(__name__)

application/views.py

fromapplicationimportapp

@app.route('/')

defhello_world():

return'Hello World!'

这是工程的基本结构，接下来首先会实现BlockChain相关的操作代码。在application包中新建一个blockchain的包，并在其中创建一个blockchain.py文件，并在其中定义blockchian类，来完成blockchain相关的操作与计算。下面的示例是一个简单的blockchain的代码模版：

classBlockChain(object):

def__init__(self):

# 定义区块链列表

self.chain = []

# 当前的交易列表

self. current_transactions = []

# 创建新的区块

defnew_block(self):

pass

# 创建新的交易记录

defnew_transaction(self):

pass

# 计算区块的hash值

@staticmethod

defhash(block):

pass

# 查找最新的区块

@property

deflast_block(self):

pass

Blockchain类用来管理Blockchian相关的功能，可以存储交易，查找区块等。接下来将进一步完善这些操作。

区块结构：在前边已经介绍了一个简单的区块结构，每个区块包含属性：索引（index），时间戳（timestamp），交易列表（transactions），工作量证明（稍后解释）以及上一个区块的Hash值。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。

加入交易：接下来完善new_transaction方法，来为BlockChain增加“加入交易”操作。代码如下：

# 创建新的交易记录

defnew_transaction(self, sender, recipient, amount):

"""

生成新交易信息，信息将加入到下一个待挖的区块中

:paramsender: Address of the Sender

:paramrecipient: Address of the Recipient

:paramamount: Amount

:return: The index of the Block that will hold this transaction

"""

self.current_transactions.append({

'sender': sender,

'recipient': recipient,

'amount': amount,

})

returnself.last_block['index'] +1

创建新区块：当Blockchain实例化后，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，还需要完善new_block(), last_block() 和hash() 方法：

classBlockChain(object):

def__init__(self):

# 定义区块链列表

self.chain = []

# 当前的交易列表

self. current_transactions = []

# 初始化创世区块

self.new_block(previous_hash=1,proof=100)

# 定义节点，使用集合避免重复

self.nodes =set()

# 创建新的区块

defnew_block(self, proof, previous_hash=None):

block = {

'index':len(self.chain) +1,

'timestamp': time(),

'transactions':self.current_transactions,

'proof': proof,

'previous_hash': previous_hashorself.hash(self.chain[-1]),

}

self.current_transactions = []

self.chain.append(block)

returnblock

# 创建新的交易记录

defnew_transaction(self, sender, recipient, amount):

"""

生成新交易信息，信息将加入到下一个待挖的区块中

:paramsender: Address of the Sender

:paramrecipient: Address of the Recipient

:paramamount: Amount

:return: The index of the Block that will hold this transaction

"""

self.current_transactions.append({

'sender': sender,

'recipient': recipient,

'amount': amount,

})

returnself.last_block['index'] +1

# 计算区块的hash值

@staticmethod

defhash(block):

block_string = json.dumps(block,sort_keys=True).encode()

returnhashlib.sha256(block_string).hexdigest()

# 查找最新的区块

@property

deflast_block(self):

returnself.chain[-1]

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？

Python中的实现如下：

fromhashlibimportsha256

x =5

y =

whilesha256(str(x * y).encode()).hexdigest()[:4] !='0000':

y +=1

print(y, sha256(str(x * y).encode()).hexdigest()[:4])

print(y)

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：接下来实现一个相似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 5 个零开头。在BlockChain类中增加两个方法：proof_of_work()和valid_proof()，代码如下：

# 工作量证明计算

defproof_of_work(self, last_proof):

proof =

whileself.valid_proof(last_proof, proof)is False:

proof +=1

returnproof

# 验证工作量证明是否符合要求

@staticmethod

defvalid_proof(last_proof, proof):

guess =str(last_proof * proof).encode()

guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest()

returnguess_hash[:5] =='00000'

衡量算法复杂度的办法是修改开头零的个数。使用5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。到这里BlockChain的主要概念和操作基本清洗了，接下来需要构建一个系统来使用BlockChain完成实际的交易，请期待下一章。