Python创建一个区块链案例

区块链是什么呢？区块链是一种分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式，而所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法。在本质上区块链是一个“去中心化”的分布式账本或者说分布式数据库，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。

区块链具有几个重要的特性，去中心化，自治性，开放性，不可篡改，以及匿名性，由此使其天然具有了三个方面的应用可能性，这就是价值传递，机器信任和智能合约。

区块链的几个特性中的“去中心化”，“自治性”和“开放性”这三点主要是由其设计理念来主导的，而“不可篡改”是其技术实现机制来保证的，至于“匿名性”则是区块链存储的交易信息来决定的。

那么，怎么才能保证存储在区块链里的数据是“不可篡改”的？

区块链是由一个个区块（block）组成，区块就像数据库的记录，每次写入数据，就是创建一个区块。每个区块包含两个部分：

区块头（Head）：记录当前区块的元信息

区块体（Body）：实际数据

区块头包含了当前区块的多项元信息。

生成时间

实际数据（即区块体）的Hash

上一个区块的Hash

…

什么是Hash呢？Hash就是计算机可以对任意内容，计算出一个长度相同的特征值。区块链的Hash长度是256位，不管原始内容是什么，最后都会计算出一个256位的二进制数字，而且可以保证，只要原始内容不同，对应的Hash一定是不同的。例如，字符串123的Hash是a8fdc205a9f19cc1c7507a60c4f01b13d11d7fd0（十六进制），转成二进制就是256位，而且只有123能得到这个Hash。

在这种设计下，每个区块的Hash都是不一样的，可以通过Hash标识区块，如果区块的内容变了，它的Hash一定会改变。区块与Hash是一一对应的，每个区块的Hash都是针对”区块头”（Head）计算的。

例如：Hash =SHA256(区块头)，这个就是区块Hash的计算公式，Hash由区块头唯一决定，SHA256是区块链的Hash算法。前文说过，区块头包含很多内容，其中有当前区块体的Hash（注意是“区块体”的Hash，而不是整个区块），还有上一个区块的Hash，这也就意味着，如果当前区块的内容变了，或者上一个区块的Hash变了，一定会引起当前区块的Hash改变。这一点对区块链有重大意义。如果有人修改了一个区块，该区块的Hash就变了，为了让后面的区块还能连到它，该人必须同时修改后面所有的区块，否则被改掉的区块就脱离区块链了。而由于后面要提到的原因，Hash的计算很耗时，同时修改多个区块几乎不可能发生，除非有人掌握了全网51%以上的计算能力。

而正是通过区块的加密算法（Hash算法）和区块间的这种联动机制（区块之间的关联），区块链保证了自身的可靠性，数据一旦写入，就无法被篡改，每一个区块都连着上一个区块（“Block”），就构成了区块链（“Blockchain”）。

最近带着我家的00后中学生一起学习了Python这种编程语言，在理解清楚了区块链的本质后，用Python创建一个简单的区块链就非常简单了。为了向区块链的第一个成功应用——比特币（“Bitcoin”）致敬，我将要创建的这条区块链就命名为“hanscoin”了。

在创建区块链之前，首先要定义区块。区块链中的每个块都存储有时间戳和可选的索引，同时为了帮助确保整个块链的完整性，每个块将具有自识别哈希值的功能，就像比特币一样，每个区块将包括作为区块的索引的哈希值，时间戳，数据以及前一个块的哈希值。区块中的数据这一项可以根据需要定义，在hanscoin里，我就写一句话：

self.index = index

self.timestamp = timestamp

self.data = data

self.previous_hash = previous_hash

self.hash = self.hash_block()

现在，块结构已经定义好了。为了创建一个区块链，需要向实际的链条添加区块。如前所述，每个块都需要上一个块的信息，这就出现了一个问题：块区中的第一个区块怎么来的？第一个区块，或着说“创世区块”，是一个特殊的块，在许多情况下，它是手动添加的或具有允许添加的唯一逻辑。为了简化，我将创建一个函数，只需返回一个创世区块，该区块的索引为，它在“previoushash”参数中具有任意数据值和任意值。

在创建了一个创世区块后，需要一个函数来生成区块链中的后续区块吗，该函数将将链中的前一个区块作为参数，创建要生成的区块的数据，并返回具有其相应数据的新块。新产生的区块会存储先前区块中的哈希值，区块链的完整性随着每个新的区块而增加，这就是区块链的设计和技术实现机制。如果没有这样做，其他人会很容易篡改历史记录，并用自己的全新数据替代链条，而这个哈希链作为加密证明，用于确保一旦新区块被添加到区块链中，就不能被替换或删除。

至此，区块链hanscoin的主要功能代码就完成了：

在我用Python构建的这个区块链hanscoin中，区块链本身就是一个简单的Python列表。列表的第一个元素是创世区块，当然，需要添加后续的区块。因为hanscoin是最小的区块链，所以我们用for循环只添加了10个新的块。

现在，我们来启动这个区块链，看看运行效果: