用Django實現一個可啟動並執行區塊鏈應用，django區塊

用Django實現一個可啟動並執行區塊鏈應用，django區塊

對數字貨幣的崛起感到新奇的我們，並且想知道其背後的技術——區塊鏈是怎樣實現的。

 

但是完全搞懂區塊鏈並非易事，我喜歡在實踐中學習，通過寫代碼來學習技術會掌握得更牢固。通過構建一個區塊鏈可以加深對區塊鏈的理解。

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。

環境準備

環境準備，確保已經安裝Python3.5, pip , django, requests，urllib，json，hashlib

安裝方法：

pip install django requests

同時還需要一個HTTP用戶端，比如Postman，cURL或其它用戶端，本文以Postman為例。

開始建立Blockchain

通過django-admin startproject block建立一個block的項目，在項目中建立一個demo項目django-admin startproject demo ，目錄結構：

 

Blockchain類

在views中建立一個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，可參考區塊鏈記賬原理

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：

class Blockchain(object):  def __init__(self):    self.chain = []    self.current_transactions = []    self.new_block(previous_hash=1, proof=100)    self.nodes = set()  def new_block(self,proof,previous_hash= None):    block = {      'index': len(self.chain) + 1,      'timestamp': time(),      'transactions': self.current_transactions,      'proof':proof ,      'previous_hash': previous_hash or self.hash(self.chain[-1]),    }    self.current_transactions = []    self.chain.append(block)    return block  def new_transaction(self,sender,recipient,amount):    self.current_transactions.append({      'sender': sender,      'recipient': recipient,      'amount': amount,    })    return self.last_block['index']+1  @staticmethod  def hash(block):    block_string = json.dumps(block, sort_keys=True).encode()    return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()

通過上面的代碼和注釋可以對區塊鏈有直觀的瞭解，接下來我們看看區塊是怎麼挖出來的。

理解工作量證明

新的區塊依賴工作量證明演算法（PoW）來構造。PoW的目標是找出一個符合特定條件的數字， 這個數字很難計算出來，但容易驗證 。這就是工作量證明的核心思想。

為了方便理解，舉個例子：

假設一個整數 x 乘以另一個整數 y 的積的 Hash 值必須以 0 結尾，即 hash(x * y) = ac23dc…0。設變數 x = 5，求 y 的值？

用Python實現如下：

from hashlib import sha256x = 5y = 0while sha256(str(x*y).encode()).hexdigest()[:4] != "0000":   y += 1   print(y,sha256(str(x*y).encode()).hexdigest()[:4])print(y)

在比特幣中，使用稱為Hashcash的工作量證明演算法，它和上面的問題很類似。礦工們為了爭奪建立區塊的權利而爭相計算結果。通常，計算難度與目標字串需要滿足的特定字元的數量成正比，礦工算出結果後，會獲得比特幣獎勵。

當然，在網路上非常容易驗證這個結果。

實現工作量證明

讓我們來實現一個相似PoW演算法，規則是：尋找一個數 p，使得它與前一個區塊的 proof 拼接成的字串的 Hash 值以 4 個零開頭。

import hashlibimport jsonfrom time import timefrom uuid import uuid4class Blockchain(object):  ...  def last_block(self):    return self.chain[-1]  def proof_of_work(self, last_proof):    proof = 0    while self.valid_proof(last_proof, proof) is False:      proof += 1    return proof  @staticmethod  def valid_proof(last_proof, proof):    guess = str(last_proof*proof).encode()    guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest()    return guess_hash[:5] == "00000"

衡量演算法複雜度的辦法是修改零開頭的個數。使用4個來用於示範，你會發現多一個零都會大大增加計算出結果所需的時間。

現在Blockchain類基本已經完成了，接下來使用HTTP requests來進行互動。

Blockchain作為API介面

我們將使用Python django架構，這是一個輕量Web應用程式框架，它方便將網路請求映射到 Python函數，現在我們來讓來試一下：

我們將建立三個介面：

/transactions/new 建立一個交易並添加到區塊/mine 告訴伺服器去挖掘新的區塊/chain 返回整個區塊鏈

建立節點

我們的“django web伺服器”將扮演區塊鏈網路中的一個節點。我們先添加一些架構代碼：

node_identifier = str(uuid4()).replace('-', '')# Instantiate the Blockchainblockchain = Blockchain()def mine(request):  last_block = blockchain.last_block  last_proof = last_block['proof']  proof = blockchain.proof_of_work(last_proof)  print(proof)  blockchain.new_transaction(     sender="0",     recipient=node_identifier,     amount=1,   )   # Forge the new Block by adding it to the chain  block = blockchain.new_block(proof)  response = {     'message': "New Block Forged",     'index': block['index'],     'transactions': block['transactions'],     'proof': block['proof'],     'previous_hash': block['previous_hash'],  }  print(response)  return HttpResponse(json.dumps(response))def new_transaction(request):  values = json.loads(request.body.decode('utf-8'))  required = ['sender', 'recipient', 'amount']  if not all(k in values for k in required):    return 'Missing values'  index = blockchain.new_transaction(values['sender'], values['recipient'], values['amount'])  print(index)  response = {'message': 'Transaction will be added to Block %s'%index}  return HttpResponse(json.dumps(response))def full_chain(request):  response = {    'chain': blockchain.chain,    'length': len(blockchain.chain),  }  return HttpResponse(json.dumps(response))

添加url路由節點：運行服務

from demo import viewsurlpatterns = [  url(r'^admin/', admin.site.urls),  url(r'^mine', views.mine),  url(r'^transactions/new/', views.new_transaction),  url(r'^chain/', views.full_chain),  url(r'^register', views.register_nodes),  url(r'^resolve', views.consensus),]

運行服務

python manage.py runserver 127.0.0.1:8000

發送交易

發送到節點的交易資料，結構如下：

{ "sender": "my address", "recipient": "someone else's address", "amount": 5}

向服務添加一個交易

 

挖礦

挖礦正是神奇所在，它很簡單，做了一下三件事：

計算工作量證明PoW

通過新增一個交易授予礦工（自己）一個幣

構造新區塊並將其添加到鏈中

def proof_of_work(self, last_proof):    proof = 0    while self.valid_proof(last_proof, proof) is False:      proof += 1    return proof  @staticmethod  def valid_proof(last_proof, proof):    guess = str(last_proof*proof).encode()    guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest()    return guess_hash[:5] == "00000"

注意交易的接收者是我們自己的伺服器節點，我們做的大部分工作都只是圍繞Blockchain類方法進行互動。到此，我們的區塊鏈就算完成了，我們來實際運行下

運行區塊鏈

你可以使用cURL 或Postman 去和API進行互動

讓我們通過請求 http://127.0.0.1:8000/mine 來進行挖礦

 

在挖了兩次礦之後，就有3個塊了，通過請求 http://localhost:8000/chain 可以得到所有的塊資訊。

{  "chain": [    {      "transactions": [],      "proof": 100,      "timestamp": 1520314374.7261052,      "index": 1,      "previous_hash": 1    },    {      "transactions": [        {          "sender": "0",          "recipient": "27d4aae55b2848dcae52bc722d86e0c3",          "amount": 1        }      ],      "proof": 1771087,      "timestamp": 1520314389.5019505,      "index": 2,      "previous_hash": "32fa73f48240160257e95fdf8422c6df734b5d7e8ceb69a41a5578643c1d36fb"    },    {      "transactions": [        {          "sender": "d4ee26eee15148ee92c6cd394edd9705",          "recipient": "5",          "amount": 500        },        {          "sender": "0",          "recipient": "27d4aae55b2848dcae52bc722d86e0c3",          "amount": 1        }      ],      "proof": 100,      "timestamp": 1520314592.4745598,      "index": 3,      "previous_hash": "e6b1be488e0ed20fe3ec51135e5fafb4dfffaa28a190967106a5dd3e89e4b3aa"    }  ],  "length": 3}

一致性（共識）

我們已經有了一個基本的區塊鏈可以接受交易和挖礦。但是區塊鏈系統應該是分布式的。既然是分布式的，那麼我們究竟拿什麼保證所有節點有同樣的鏈呢？這就是一致性問題，我們要想在網路上有多個節點，就必須實現一個一致性的演算法。

註冊節點

在實現一致性演算法之前，我們需要找到一種方式讓一個節點知道它相鄰的節點。每個節點都需要儲存一份包含網路中其它節點的記錄。因此讓我們新增幾個介面：

/register 接收URL形式的新節點列表/resolve 執行一致性演算法，解決任何衝突，確保節點擁有正確的鏈

我們修改下Blockchain的init函數並提供一個註冊節點方法：

from urllib.parse import urlparse...class Blockchain(object):  def __init__(self):    ...    self.nodes = set()    ...  def register_node(self, address):    parsed_url = urlparse(address)    self.nodes.add(parsed_url.netloc)

我們用 set 來儲存節點，這是一種避免重複添加節點的簡單方法。

實現共識演算法

前面提到，衝突是指不同的節點擁有不同的鏈，為瞭解決這個問題，規定最長的、有效鏈才是最終的鏈，換句話說，網路中有效最長鏈才是實際的鏈。

我們使用一下的演算法，來達到網路中的共識

class Blockchain(object):  def __init__(self):    ...  def valid_chain(self, chain):    last_block = chain[0]    current_index = 1    while current_index < len(chain):      block = chain[current_index]      if block['previous_hash'] != self.hash(last_block):        return False      # Check that the Proof of Work is correct      if not self.valid_proof(last_block['proof'], block['proof']):        return False      last_block = block      current_index += 1    return True  def resolve_conflicts(self):    neighbours = self.nodes    new_chain = None    max_length = len(self.chain)    for node in neighbours:      response = requests.get('http://%s/chain' %node)      if response.status_code == 200:        length = json.loads(response)['length']        chain = json.loads(response)['chain']        # Check if the length is longer and the chain is valid        if length > max_length and self.valid_chain(chain):          max_length = length          new_chain = chain    # Replace our chain if we discovered a new, valid chain longer than ours    if new_chain:      self.chain = new_chain      return True    return False

第一個方法 valid_chain() 用來檢查是否是有效鏈，遍曆每個塊驗證hash和proof.

第2個方法 resolve_conflicts() 用來解決衝突，遍曆所有的鄰居節點，並用上一個方法檢查鏈的有效性， 如果發現有效更長鏈，就替換掉自己的鏈

在url中添加兩個路由，一個用來註冊節點，一個用來解決衝突。

from demo import viewsurlpatterns = [  url(r'^register', views.register_nodes),  url(r'^resolve', views.consensus),]

你可以在不同的機器運行節點，或在一台機機開啟不同的網路連接埠來類比多節點的網路，這裡在同一台機器開啟不同的連接埠示範，在不同的終端運行一下命令，就啟動了兩個節點： http://127.0.0.1:8000 和 http://127.0.0.1:8100

 

然後在節點8100節點上挖兩個塊，確保是更長的鏈，然後在節點8000節點上提供者/resolve ,這時節點8100的鏈會通過共識演算法被節點8000節點的鏈取代。

 

總結

以上所述是小編給大家介紹的用Django實現一個可啟動並執行區塊鏈應用，希望對大家有所協助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回複大家的。在此也非常感謝大家對幫客之家網站的支援！