区块链:如何用 Python 快速开发一个区块链数据结构？

作者|arjunaskykok

整理|Aholiab

出品|区块链大本营

根据IEEE此前的一项调查，Python已成为最受开发者欢迎的语言之一。由于其对于技术小白天然友好的特性，以及不断更新的新功能。Python越来越受到国内外开发者的喜爱。越来越多被用于独立、大型项目的开发开始使用Python。

20世纪90年代初荷兰人GuidovanRossum为了打发圣诞节的无趣，决心开发一个新的脚本解释程序，作为ABC语言的一种继承。

之所以选中Python作为该编程语言的名字，是取自英国20世纪70年代首播的电视喜剧《蒙提.派森的飞行马戏团》。

俄罗斯彼尔姆地区一家法院屏蔽解释如何交易比特币的网站:俄罗斯彼尔姆地区的一家法院决定屏蔽一些描述如何将加密货币兑换成法定货币的网站，当地检察官声称，在俄罗斯传播此类信息是违法的，违反了俄罗斯打击犯罪收益合法化的立法，可能会促进非法行为。（Bitcoin.com）[2021/6/11 23:30:46]

对于区块链开发者来说，Python也是十分实用的语言之一。今天，我们就Python开发一个简单的区块链数据结构。

在这篇文章中，一方面我们会对区块链数据结构的基本概念进行讲解，例如哈希的工作原理，另一方面，也会以实际代码来构建一个区块链基本的数据结构，让你对区块链和Python的基础有个基本的理解。

说不多说，下面就进入正题！

从哈希函数说起

在区块链中，数据结构是十分重要的基本组成部分，尤其是比特币。虽然单一的数据结构无法构建成加密数字货币，但理解数据结构对于理解区块链的基本原理是非常有益处的。

但在讲数字结构之前，我们还是先从哈希讲起，以比特币的SHA-256哈希函数为例，讲讲如何利用Python去实现哈希的运算。

观点：无论与SEC的诉讼结果如何 对Ripple而言都不是致命打击:1月27日消息，针对美国SEC对Ripple发起的诉讼，律师Jeremy Hogan表示，如果诉讼最终对Ripple有利，在诉讼结束时，XRP价格将上涨2至3倍将只是一个“保守估计”。无论诉讼得出什么结论，对Ripple来说都不是致命的打击。如果诉讼结果不佳，导致Ripple关闭，XRP可能会归零，但这种情况不太可能发生。因为Ripple是一个技术公司，不太依赖实物资产运营。最糟糕的情况可能是其商业模式遭破坏，最终可能退出美国市场。Jeremy Hogan称，SEC诉讼最可能的结果将是双方达成和解。SEC可能会对Ripple包括其2013-2014年度（甚至2015年）的业务处以巨额罚款，以及对托管XRP销售业务进行某种控制或限制。（AMBCrypto）[2021/1/27 21:48:59]

哈希函数，又称散列算法，是一种从任何一种数据中创建小的数字“指纹”的方法。散列函数把消息或数据压缩成摘要，使得数据量变小，将数据的格式固定下来。该函数将数据打乱混合，重新创建一个叫做散列值的指纹。散列值通常用一个短的随机字母和数字组成的字符串来代表。

直播｜Higer ：DeFi与ETH2.0如何引领下一个区块链时代？:金色财经 · 直播主办的金点Trend《2020 DeFi Dai飞吗？》马上开始！DeFi生态里，我们还应该狙击哪些项目？成长空间是多少？应该关注哪些风险？16:00准时开播！本场嘉宾来自区块链研习社的创始人Higer分享“DeFi与ETH2.0如何引领下一个区块链时代”，请扫码移步收听。[2020/7/31]

对于任意长度的消息，SHA256都会产生一个256bit长的哈希值，称作消息摘要。

这个摘要相当于是个长度为32个字节的数组，通常用一个长度为64的十六进制字符串来表示。

来看一个例子：

这句话，经过哈希函数SHA256后得到的哈希值为：

说回SHA-256，说白了，它就是一个哈希函数。那么我们如何用Python来实现呢？下面代码展示了用Python实现「helloworld」的过程：

看到这里你可能会问，SHA-256中的「256」究竟是什么意思？哈希算法是一个将任意文本转换为一个256位随机二进制字符串的过程。在上面的例子中，「helloworld」是一个11位的字符，经过哈希运算以后，变成了这样的一串字符：

动态 | 火币中国CEO与马来西亚总理讨论区块链将如何在马来西亚落地:据雅虎财经消息，近日，火币中国CEO袁煜明与马来西亚总理马哈蒂尔（Mahathir Mohamad）就“如何在制造业和能源行业中应用区块链”以及“区块链将如何在马来西亚落地”进行了讨论。[2019/5/29]

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同样，即使我的文本长度不是11位，生成的字符数也是一样的。例如：

在上面例子中，「Iamthebestpresident.Ever.」，哈希运算之后的字符串一样为64位。就算输入的文本是100位，哈希运算后的字符位数也是64位。

之所以这样，是因为字符是16进制的，如果我们把这样的字符串转换为2进制，那么就会得到一个256位的2进制字符串。如下图所示：

美国商品期货交易委员会公布关于如何定义加密货币已经交易完成的解释: 美国商品期货交易委员会（CFTC）已经公布了解释说明，关于如何定义加密货币已经从买方“交付”给了卖方。确认交付已经完成的的两个因素是：1. 客户有能力 （i）拥有和控制全部数量的商品，无论是以保证金，还是使用杠杆或其他融资购买，以及（ii）在交易之日起28内，自由地商业使用商品（在任何特定平台内外）；以及2. 报价人及卖方（包括各自的关联方或与报价人或卖家合作的其他人士）不保留任何利益或控制任何以保证金，杠杆或其他融资方式购买的商品，在超过自交易日期起计28日后。据CFTC称，提议的解释不是最终的，需要经过90天的公众评议期。[2017/12/16]

这就是SHA-256中，256这个数字的由来。

接下来我们就来看看哈希算法有哪些特征。哈希的特征之一就是「无冲突原则」。这个原则是指要得到一个256位的2进制字符串，显然有不止一个输入可以做到。

因为256位的输出长度是固定的，但输入的长度却没有限制，所以输入的范围要远大于输出，只要能够穷尽输入，就有可能得到2个一样的256位的输出。

话虽如此，不过要找到这样两个输入的难度却很大。即使是输入上改动了一点，输出的结果都会完全不同。如下图所示：

所以，想要找到2中一样的输出的唯一方法，是穷尽所有的字幕、数字组合，这几乎无法做到。几率为2的256次方。

这是个多大的数字？展开来就是酱婶儿的：

115792089237316195423570985008687907853269984665640564039457584007913129639936

几乎相当于10的77次方。这是个什么概念？在460亿光年的宇宙内，可见的原子数量也只有10的78次方。这个数字几乎相当于宇宙内的原子数量！

要运算这个数字需要多长时间？以英伟达Geforce1080Ti显卡，浮点运算11.3的算力来运算，每个哈希需要运算3000次，以每秒钟3766666666个哈希的速度来运算，找到两个相同的哈希运算结果，需要计算2的128次方个哈希。地球上所有的人一起计算，需要的时间如下：

这比地球存在的实时间都要长。

用Python创建第一个区块

了解了什么是哈希，我们接着就来说说什么是区块。实际上，区块链就是一个互相连接的序列。我们接下来创建第一个区块，也称为「创世区块」。代码如下所示：

区块链中会包含交易，交易很好理解，就是谁转了多少钱给谁。我们把区块进行序列，这样它就可以进行哈希运算：

这样，我们就得到了另一个区块，我们姑且称它为「区块2」：

再对区块2进行哈希运算：

得到了「区块3」。

再对区块3进行哈希运算，得到了「区块4」。

这样一来，想要确定区块上的数据没有被篡改，我只需要检查最后一个区块的哈希就行了。而不是从创世区块开始检查。这一原理也杜绝了区块链上数据被攒该的可能。

通过以上代码，可以得到下面结果：

这样，用Python实现简单的区块链开发的演示就结束了。Python是一门强大的语言，区块链是一个强大的信用工具，这两者结合，势必能创造出新的可能性。

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