【程式員必看】如何用Python從0開始建立一個區塊鏈？

在數字貨幣盛行的檔口，比特幣，這幣那幣到底值不值得信賴呢。也許你像很多人一樣感到新奇，想接近它，但只因背後的區塊鏈技術，阻斷了向新領域嘗試的步伐。不過，對於程式員來說，想真正搞懂比特幣，搞懂區塊鏈，可不是難題，因為他們能邊玩邊學，通過一行行pyhton代碼，就能真正理解數字貨幣的底層秘密。能用這麼有逼格的方式來學習區塊鏈的，也只有程式員了。

作者 | Daniel van Flymen  紐約區塊鏈工程師

譯者 | 熊麗兵 牛娃軟體CTO

準備工作

本文要求讀者對Python有基本的理解，能讀寫基本的Python，並且需要對HTTP請求有基本的瞭解。

我們知道區塊鏈是由區塊的記錄構成的不可變、有序的鏈結構，記錄可以是交易、檔案或任何你想要的資料，重要的是它們是通過雜湊值（hashes）連結起來的。
如果你還不是很瞭解雜湊，可以查看這篇文章https://learncryptography.com/hash-functions/what-are-hash-functions
環境準備

環境準備，確保已經安裝Python3.6+, pip , Flask, requests

安裝方法：

pip install Flask==0.12.2 requests==2.18.4

同時還需要一個HTTP用戶端，比如Postman，cURL或其它用戶端。

參考原始碼（原代碼在我翻譯的時候，無法運行，我fork了一份，修複了其中的錯誤，並添加了翻譯，感謝star）
開始建立Blockchain

建立一個檔案 blockchain.py，本文所有的代碼都寫在這一個檔案中，可以隨時參考原始碼。

Blockchain類

首先建立一個Blockchain類，在建構函式中建立了兩個列表，一個用於儲存區塊鏈，一個用於儲存交易。

以下是Blockchain類的架構：

class Blockchain(object):
    def __init__(self):
        self.chain = []
        self.current_transactions = []
    def new_block(self):
        # Creates a new Block and adds it to the chain
        pass
    def new_transaction(self):
        # Adds a new transaction to the list of transactions
        pass
    @staticmethod
    def hash(block):
        # Hashes a Block
        pass
    @property
    def last_block(self):
        # Returns the last Block in the chain
        pass

Blockchain類用來管理鏈條，它能儲存體交易，加入新塊等，下面我們來進一步完善這些方法。

塊結構

每個區塊包含屬性：索引（index），Unix時間戳記（timestamp），交易列表（transactions），工作量證明（稍後解釋）以及前一個區塊的Hash值。

以下是一個區塊的結構：

block = {
    'index': 1,
    'timestamp': 1506057125.900785,
    'transactions': [
        {
            'sender': "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00",
            'recipient': "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f",
            'amount': 5,
        }
    ],
    'proof': 324984774000,
    'previous_hash': "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"
}

到這裡，區塊鏈的概念就清楚了，每個新的區塊都包含上一個區塊的Hash，這是關鍵的一點，它保障了區塊鏈不可變性。如果攻擊者破壞了前面的某個區塊，那麼後面所有區塊的Hash都會變得不正確。不理解的話，慢慢消化，可參考{% post_link whatbc 區塊鏈技術原理 %}
加入交易

接下來我們需要添加一個交易，來完善下new_transaction方法

class Blockchain(object):
    ...
    def new_transaction(self, sender, recipient, amount):
        """
        產生新交易資訊，資訊將加入到下一個待挖的區塊中
        :param sender: <str> Address of the Sender
        :param recipient: <str> Address of the Recipient
        :param amount: <int> Amount
        :return: <int> The index of the Block that will hold this transaction
        """
        self.current_transactions.append({
            'sender': sender,
            'recipient': recipient,
            'amount': amount,
        })
        return self.last_block['index'] + 1

方法向列表中添加一個交易記錄，並返回該記錄將被添加到的區塊(下一個待挖掘的區塊)的索引，等下在使用者提交交易時會有用。
建立新塊

當Blockchain執行個體化後，我們需要構造一個創世塊（沒有前區塊的第一個區塊），並且給它加上一個工作量證明。

每個區塊都需要經過工作量證明，俗稱挖礦，稍後會繼續講解。

為了構造創世塊，我們還需要完善new_block(), new_transaction() 和hash() 方法：

import hashlib
import json
from time import time
class Blockchain(object):
    def __init__(self):
        self.current_transactions = []
        self.chain = []
        # Create the genesis block
        self.new_block(previous_hash=1, proof=100)
    def new_block(self, proof, previous_hash=None):
        """
        產生新塊
        :param proof: <int> The proof given by the Proof of Work algorithm
        :param previous_hash: (Optional) <str> Hash of previous Block
        :return: <dict> New Block
        """
        block = {
            'index': len(self.chain) + 1,
            'timestamp': time(),
            'transactions': self.current_transactions,
            'proof': proof,
            'previous_hash': previous_hash or self.hash(self.chain[-1]),
        }
        # Reset the current list of transactions
        self.current_transactions = []
        self.chain.append(block)
        return block
    def new_transaction(self, sender, recipient, amount):
        """
        產生新交易資訊，資訊將加入到下一個待挖的區塊中
        :param sender: <str> Address of the Sender
        :param recipient: <str> Address of the Recipient
        :param amount: <int> Amount
        :return: <int> The index of the Block that will hold this transaction
        """
        self.current_transactions.append({