比特幣漲瘋了，區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁垂恚?/h1>
文 |?太陽(yáng)雪
來(lái)源：Python 技術(shù)「ID: pythonall」
2020 年底，數(shù)字貨幣鼻祖，比特幣，高歌猛進(jìn)，突破了驚人的 3萬(wàn)美元，直逼4萬(wàn)美元，再一次引起世人的眼球，又是一場(chǎng)褒貶不一，血雨腥風(fēng)……
我們作為有頭腦、有理智、有技術(shù)的人，不能像大多數(shù)人那樣趨之若鶩，看個(gè)熱鬧就完了。那么這么厲害的、建立在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之上的比特幣，它的底層技術(shù)是什么呢？又，是如何才能實(shí)現(xiàn)的呢？
今天，我們用不到 50 行的代碼，了解和領(lǐng)略一下比特幣底層技術(shù) —— 區(qū)塊鏈的魅力吧，另外還有在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用噢，讓同事刮目相看的機(jī)會(huì)來(lái)了，開(kāi)干
什么是區(qū)塊鏈
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，區(qū)塊鏈就是一系列的記錄的集合，可以理解成數(shù)據(jù)庫(kù)，不同的是，這些記錄直接都通過(guò)一種類型鏈的東西串聯(lián)在一起
如果鏈上的一個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題，那么它后面的記錄就有問(wèn)題，因此必須保證鏈上的記錄都是真實(shí)可靠的鏈在一起的
也就是，后面的記錄加入之前，需要和前面的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)才能加入
可想而知，這樣的方式可以有效地防止數(shù)據(jù)被篡改，比如前面的數(shù)據(jù)被修改后，后面的數(shù)據(jù)與前面的數(shù)據(jù)將不匹配，很快就可以發(fā)現(xiàn)
這就是區(qū)塊鏈的基本概念，就在這個(gè)簡(jiǎn)單的概念上，區(qū)塊鏈催生了新的、完全數(shù)字化的貨幣，這些貨幣并不是由中心控制系統(tǒng)控制的，而是分布在整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上，如比特幣和萊特幣。
而且區(qū)塊鏈技術(shù)還在不斷地革新，例如以太坊，Mixin 等等
區(qū)塊鏈的原理
區(qū)塊鏈的概念看起來(lái)挺簡(jiǎn)單的，實(shí)現(xiàn)原理是什么呢？
這里就需要了解一個(gè)概念，那就是 數(shù)字簽名，也可以叫做 不對(duì)稱加密
因?yàn)樾畔⑹怯梢幌盗凶址傻?，?duì)于一個(gè)區(qū)塊的記錄來(lái)說(shuō)，也可以看出一系列的字符，比如一個(gè)表示姓名和年齡的字符串:
name:Tom;age:18
對(duì)這個(gè)字符串進(jìn)行 Md5 加密(一種常用的數(shù)字簽名算法)，會(huì)得到類似這樣的字符串：
from?hashlib?import?md5
m?=?md5()
m.update(b"name:Tom;age:18")
m.hexdigest()
#?'ca8d85b134922fe48d17bf36ceb38046'??當(dāng)前記錄的特征碼
可以理解為記錄的一個(gè)特征碼
如果再來(lái)一條記錄：name:Jim;age:19
特征碼很好計(jì)算，不過(guò)怎么和上一條記錄鏈接起來(lái)呢？
方法就是將上一個(gè)記錄的特征碼，一起編織在這一條的特征碼中，例如：
lastHash:ca8d85b134922fe48d17bf36ceb38046;name:Jim;age:19
然后得到特征碼：
from?hashlib?import?md5
m?=?md5()
m.update(b"lastHash:ca8d85b134922fe48d17bf36ceb38046;name:Jim;age:19")
m.hexdigest()
#?'82391695a3760b2de1c92d512b83cc14'??當(dāng)前記錄的特征碼
這樣就完成了記錄直接的鏈接
經(jīng)驗(yàn)一條記錄是否被修改，或者連續(xù)，只需要對(duì)這條記錄和其上一記錄一起重算一次特征碼就好了
當(dāng)然，比特幣，或者由實(shí)際應(yīng)用的區(qū)塊鏈會(huì)更為復(fù)雜，比如字段、加密算法等
實(shí)現(xiàn)一個(gè)區(qū)塊鏈
下面，我們來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)比較完整的區(qū)塊鏈
首先定義一個(gè)區(qū)塊類：
class?Block:
????def?__init__(self,?index,?timestamp,?data,?previous_hash):
????????self.index?=?index
????????self.timestamp?=?timestamp
????????self.data?=?data
????????self.previous_hash?=?previous_hash
????????self.hash?=?self.hash_block()
????def?hash_block(self):
????????sha?=?hasher.sha256()
????????sha.update((str(self.index)?+?str(self.timestamp)?+?str(self.data)?+?str(self.previous_hash)).encode("utf-8"))
????????return?sha.hexdigest()
初始化方法中，初始化了當(dāng)前區(qū)塊的索引、時(shí)間戳、數(shù)據(jù)（業(yè)務(wù)相關(guān)的信息）、緊前區(qū)塊（上一個(gè)區(qū)塊）的特征值，和當(dāng)前區(qū)塊的特征值 hash_block 根據(jù)初始化中的一些信息，得到一個(gè)特征值，就是用它來(lái)計(jì)算當(dāng)前區(qū)塊的特征值
接下來(lái)，區(qū)塊鏈中的第一個(gè)區(qū)塊的特征值如何計(jì)算，它的緊前特征值是什么？
我們來(lái)定義一個(gè)產(chǎn)生 起始區(qū)塊 的方法：
def?create_genesis_block():
????#?手工創(chuàng)建第一個(gè)區(qū)塊，其索引為?0，且隨意取給緊前特征值?'0'
????return?Block(0,?date.datetime.now(),?"Genesis?Block",?"0")
然后，我們定義一個(gè)生成新區(qū)塊的方法：
def?next_block(last_block):
????this_index?=?last_block.index?+?1
????this_timestamp?=?date.datetime.now()
????this_data?=?"Hey!?I'm?block?"?+?str(this_index)
????this_hash?=?last_block.hash
????return?Block(this_index,?this_timestamp,?this_data,?this_hash)
參數(shù)是 緊前 區(qū)塊對(duì)象 對(duì)索引做遞增處理 得到當(dāng)前時(shí)間戳 產(chǎn)生區(qū)塊業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（為了簡(jiǎn)便只做了相對(duì)固定的內(nèi)容） 記錄上個(gè)區(qū)塊的特征值 最后根據(jù)以上信息，得到一個(gè)新區(qū)塊
現(xiàn)在所有的基礎(chǔ)工作已經(jīng)完成了，我們建立一個(gè)區(qū)塊數(shù)據(jù)庫(kù)，即區(qū)塊鏈，并計(jì)入第一個(gè)區(qū)塊
blockchain?=?[create_genesis_block()]
最后我們模擬一個(gè)產(chǎn)生區(qū)塊的過(guò)程：
#?設(shè)置產(chǎn)生區(qū)塊的個(gè)數(shù)
num_of_blocks_to_add?=?20
#?產(chǎn)生區(qū)塊并加入?yún)^(qū)塊鏈
for?i?in?range(0,?num_of_blocks_to_add):
????previous_block?=?blockchain[-1]
????block_to_add?=?next_block(previous_block)
????blockchain.append(block_to_add)
????#?發(fā)布當(dāng)前區(qū)塊的信息
????print("Block?#{}?has?been?added?to?the?blockchain!".format(block_to_add.index))
????print("Hash:?{}\n".format(block_to_add.hash))
運(yùn)行后，我們可以得到如下結(jié)果：
Block #1 has been added to the blockchain!
Hash: 788ec79310315740f7df959e03c8788f102c3e02d6b6ce6488ed7b7d04cc3e01
Block #2 has been added to the blockchain!
Hash: 5b6c6e0be9659ae359356015ffe9ba9e4645f181d848bfd5127dd24d29f1747c
Block #3 has been added to the blockchain!
Hash: c40e3accb5de25728770754f24d7504cc72b8138d465f5d8f1b84ad149c9b59c
Block #4 has been added to the blockchain!
Hash: 9a118b7c8b90aaab2fe6a59dd84224adb90ba4af8aaa03bf4c9b08799cc81d9b
Block #5 has been added to the blockchain!
Hash: f8fbd5b6684d926fb96dd36b89f61db3c868...<省略>...
顯示的結(jié)果就是區(qū)塊鏈上的信息
實(shí)際當(dāng)中，是在分布式環(huán)境下運(yùn)行的，需要考慮更多的因素，如調(diào)度，合并，以及選舉等，加密算法也需要更為安全，例如常用的是 橢圓曲線加密算法(ECC), 來(lái)加強(qiáng)區(qū)塊鏈的安全性和可靠性，但最基本的實(shí)現(xiàn)邏輯是一樣的。
應(yīng)用
有句虐心的話：
明白了很多道理，卻還是過(guò)不好這一生
雖然粗淺地了解了區(qū)塊鏈的基本概念和實(shí)現(xiàn)，然而有什么用呢？
既不能取改比特幣（再說(shuō)也不需要改），也不能創(chuàng)建一個(gè)區(qū)塊鏈應(yīng)用（雖然不是不可能）
不過(guò)這種思想可以在很多地方得到應(yīng)用
這里我列舉一個(gè)我實(shí)際工作中的例子：
在一個(gè)項(xiàng)目上，需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)審計(jì)日志功能，基本要求就是需要連續(xù)并防篡改
如果不了解區(qū)塊鏈的算法的話，可能需要考慮半天，然后得到一個(gè)蹩腳的方式，比如用額外的記錄來(lái)控制日志記錄，或者記錄關(guān)聯(lián)關(guān)系（之前確實(shí)這么干過(guò)）
現(xiàn)在，只需要在記錄中增加兩個(gè)字段：上一個(gè)記錄的特征碼 和 當(dāng)前特征碼
再實(shí)現(xiàn)一個(gè)，根據(jù)指定字段，計(jì)算特征碼的方法
為了便于識(shí)別，再加一個(gè)檢驗(yàn)方法，就好了
除了這樣的應(yīng)用，你還能想到哪些應(yīng)用呢？歡迎留言交流
總結(jié)
截至寫稿(2021年1月9日)，比特幣的價(jià)格已經(jīng)接近 27 萬(wàn)了，如此受熱捧（也不是一直這么熱，理財(cái)有風(fēng)險(xiǎn)，投資需謹(jǐn)慎），而其內(nèi)在原理竟然如此簡(jiǎn)單
基于加密算法就可以完成可以承載巨大信息量的數(shù)據(jù)貨幣世界，這就是所謂 越簡(jiǎn)單的, 就越有效和穩(wěn)定 的恰當(dāng)解釋
無(wú)論什么事物，總有其內(nèi)在的基本原理和理論做支撐，只有了解和掌握了其內(nèi)部原理，才能更好地認(rèn)識(shí)一個(gè)事物，我們只需要多一些好奇心，多一點(diǎn)耐心就好，比心
參考
區(qū)塊鏈白皮書: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf https://zhuanlan.zhihu.com/p/28595570 https://zhuanlan.zhihu.com/p/101907402
PS：公號(hào)內(nèi)回復(fù)「Python」即可進(jìn)入Python 新手學(xué)習(xí)交流群，一起 100 天計(jì)劃！
老規(guī)矩，兄弟們還記得么，右下角的 “在看” 點(diǎn)一下，如果感覺(jué)文章內(nèi)容不錯(cuò)的話，記得分享朋友圈讓更多的人知道！
【代碼獲取方式】
識(shí)別文末二維碼，回復(fù)：210112
文 |?太陽(yáng)雪
來(lái)源：Python 技術(shù)「ID: pythonall」
2020 年底，數(shù)字貨幣鼻祖，比特幣，高歌猛進(jìn)，突破了驚人的 3萬(wàn)美元，直逼4萬(wàn)美元，再一次引起世人的眼球，又是一場(chǎng)褒貶不一，血雨腥風(fēng)……
我們作為有頭腦、有理智、有技術(shù)的人，不能像大多數(shù)人那樣趨之若鶩，看個(gè)熱鬧就完了。那么這么厲害的、建立在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之上的比特幣，它的底層技術(shù)是什么呢？又，是如何才能實(shí)現(xiàn)的呢？
今天，我們用不到 50 行的代碼，了解和領(lǐng)略一下比特幣底層技術(shù) —— 區(qū)塊鏈的魅力吧，另外還有在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用噢，讓同事刮目相看的機(jī)會(huì)來(lái)了，開(kāi)干
什么是區(qū)塊鏈
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，區(qū)塊鏈就是一系列的記錄的集合，可以理解成數(shù)據(jù)庫(kù)，不同的是，這些記錄直接都通過(guò)一種類型鏈的東西串聯(lián)在一起
如果鏈上的一個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題，那么它后面的記錄就有問(wèn)題，因此必須保證鏈上的記錄都是真實(shí)可靠的鏈在一起的
也就是，后面的記錄加入之前，需要和前面的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)才能加入
可想而知，這樣的方式可以有效地防止數(shù)據(jù)被篡改，比如前面的數(shù)據(jù)被修改后，后面的數(shù)據(jù)與前面的數(shù)據(jù)將不匹配，很快就可以發(fā)現(xiàn)
這就是區(qū)塊鏈的基本概念，就在這個(gè)簡(jiǎn)單的概念上，區(qū)塊鏈催生了新的、完全數(shù)字化的貨幣，這些貨幣并不是由中心控制系統(tǒng)控制的，而是分布在整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上，如比特幣和萊特幣。
而且區(qū)塊鏈技術(shù)還在不斷地革新，例如以太坊，Mixin 等等
區(qū)塊鏈的原理
區(qū)塊鏈的概念看起來(lái)挺簡(jiǎn)單的，實(shí)現(xiàn)原理是什么呢？
這里就需要了解一個(gè)概念，那就是 數(shù)字簽名，也可以叫做 不對(duì)稱加密
因?yàn)樾畔⑹怯梢幌盗凶址傻?，?duì)于一個(gè)區(qū)塊的記錄來(lái)說(shuō)，也可以看出一系列的字符，比如一個(gè)表示姓名和年齡的字符串:
name:Tom;age:18
對(duì)這個(gè)字符串進(jìn)行 Md5 加密(一種常用的數(shù)字簽名算法)，會(huì)得到類似這樣的字符串：
from?hashlib?import?md5
m?=?md5()
m.update(b"name:Tom;age:18")
m.hexdigest()
#?'ca8d85b134922fe48d17bf36ceb38046'??當(dāng)前記錄的特征碼
可以理解為記錄的一個(gè)特征碼
如果再來(lái)一條記錄：name:Jim;age:19
特征碼很好計(jì)算，不過(guò)怎么和上一條記錄鏈接起來(lái)呢？
方法就是將上一個(gè)記錄的特征碼，一起編織在這一條的特征碼中，例如：
lastHash:ca8d85b134922fe48d17bf36ceb38046;name:Jim;age:19
然后得到特征碼：
from?hashlib?import?md5
m?=?md5()
m.update(b"lastHash:ca8d85b134922fe48d17bf36ceb38046;name:Jim;age:19")
m.hexdigest()
#?'82391695a3760b2de1c92d512b83cc14'??當(dāng)前記錄的特征碼
這樣就完成了記錄直接的鏈接
經(jīng)驗(yàn)一條記錄是否被修改，或者連續(xù)，只需要對(duì)這條記錄和其上一記錄一起重算一次特征碼就好了
當(dāng)然，比特幣，或者由實(shí)際應(yīng)用的區(qū)塊鏈會(huì)更為復(fù)雜，比如字段、加密算法等
實(shí)現(xiàn)一個(gè)區(qū)塊鏈
下面，我們來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)比較完整的區(qū)塊鏈
首先定義一個(gè)區(qū)塊類：
class?Block:
????def?__init__(self,?index,?timestamp,?data,?previous_hash):
????????self.index?=?index
????????self.timestamp?=?timestamp
????????self.data?=?data
????????self.previous_hash?=?previous_hash
????????self.hash?=?self.hash_block()
????def?hash_block(self):
????????sha?=?hasher.sha256()
????????sha.update((str(self.index)?+?str(self.timestamp)?+?str(self.data)?+?str(self.previous_hash)).encode("utf-8"))
????????return?sha.hexdigest()
初始化方法中，初始化了當(dāng)前區(qū)塊的索引、時(shí)間戳、數(shù)據(jù)（業(yè)務(wù)相關(guān)的信息）、緊前區(qū)塊（上一個(gè)區(qū)塊）的特征值，和當(dāng)前區(qū)塊的特征值 hash_block根據(jù)初始化中的一些信息，得到一個(gè)特征值，就是用它來(lái)計(jì)算當(dāng)前區(qū)塊的特征值
接下來(lái)，區(qū)塊鏈中的第一個(gè)區(qū)塊的特征值如何計(jì)算，它的緊前特征值是什么？
我們來(lái)定義一個(gè)產(chǎn)生 起始區(qū)塊 的方法：
def?create_genesis_block():
????#?手工創(chuàng)建第一個(gè)區(qū)塊，其索引為?0，且隨意取給緊前特征值?'0'
????return?Block(0,?date.datetime.now(),?"Genesis?Block",?"0")
然后，我們定義一個(gè)生成新區(qū)塊的方法：
def?next_block(last_block):
????this_index?=?last_block.index?+?1
????this_timestamp?=?date.datetime.now()
????this_data?=?"Hey!?I'm?block?"?+?str(this_index)
????this_hash?=?last_block.hash
????return?Block(this_index,?this_timestamp,?this_data,?this_hash)
參數(shù)是 緊前區(qū)塊對(duì)象對(duì)索引做遞增處理 得到當(dāng)前時(shí)間戳 產(chǎn)生區(qū)塊業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（為了簡(jiǎn)便只做了相對(duì)固定的內(nèi)容） 記錄上個(gè)區(qū)塊的特征值 最后根據(jù)以上信息，得到一個(gè)新區(qū)塊
現(xiàn)在所有的基礎(chǔ)工作已經(jīng)完成了，我們建立一個(gè)區(qū)塊數(shù)據(jù)庫(kù)，即區(qū)塊鏈，并計(jì)入第一個(gè)區(qū)塊
blockchain?=?[create_genesis_block()]
最后我們模擬一個(gè)產(chǎn)生區(qū)塊的過(guò)程：
#?設(shè)置產(chǎn)生區(qū)塊的個(gè)數(shù)
num_of_blocks_to_add?=?20
#?產(chǎn)生區(qū)塊并加入?yún)^(qū)塊鏈
for?i?in?range(0,?num_of_blocks_to_add):
????previous_block?=?blockchain[-1]
????block_to_add?=?next_block(previous_block)
????blockchain.append(block_to_add)
????#?發(fā)布當(dāng)前區(qū)塊的信息
????print("Block?#{}?has?been?added?to?the?blockchain!".format(block_to_add.index))
????print("Hash:?{}\n".format(block_to_add.hash))
運(yùn)行后，我們可以得到如下結(jié)果：
Block #1 has been added to the blockchain!
Hash: 788ec79310315740f7df959e03c8788f102c3e02d6b6ce6488ed7b7d04cc3e01
Block #2 has been added to the blockchain!
Hash: 5b6c6e0be9659ae359356015ffe9ba9e4645f181d848bfd5127dd24d29f1747c
Block #3 has been added to the blockchain!
Hash: c40e3accb5de25728770754f24d7504cc72b8138d465f5d8f1b84ad149c9b59c
Block #4 has been added to the blockchain!
Hash: 9a118b7c8b90aaab2fe6a59dd84224adb90ba4af8aaa03bf4c9b08799cc81d9b
Block #5 has been added to the blockchain!
Hash: f8fbd5b6684d926fb96dd36b89f61db3c868...<省略>...
顯示的結(jié)果就是區(qū)塊鏈上的信息
實(shí)際當(dāng)中，是在分布式環(huán)境下運(yùn)行的，需要考慮更多的因素，如調(diào)度，合并，以及選舉等，加密算法也需要更為安全，例如常用的是 橢圓曲線加密算法(ECC), 來(lái)加強(qiáng)區(qū)塊鏈的安全性和可靠性，但最基本的實(shí)現(xiàn)邏輯是一樣的。
應(yīng)用
有句虐心的話：
明白了很多道理，卻還是過(guò)不好這一生
雖然粗淺地了解了區(qū)塊鏈的基本概念和實(shí)現(xiàn)，然而有什么用呢？
既不能取改比特幣（再說(shuō)也不需要改），也不能創(chuàng)建一個(gè)區(qū)塊鏈應(yīng)用（雖然不是不可能）
不過(guò)這種思想可以在很多地方得到應(yīng)用
這里我列舉一個(gè)我實(shí)際工作中的例子：
在一個(gè)項(xiàng)目上，需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)審計(jì)日志功能，基本要求就是需要連續(xù)并防篡改
如果不了解區(qū)塊鏈的算法的話，可能需要考慮半天，然后得到一個(gè)蹩腳的方式，比如用額外的記錄來(lái)控制日志記錄，或者記錄關(guān)聯(lián)關(guān)系（之前確實(shí)這么干過(guò)）
現(xiàn)在，只需要在記錄中增加兩個(gè)字段：上一個(gè)記錄的特征碼 和 當(dāng)前特征碼
再實(shí)現(xiàn)一個(gè)，根據(jù)指定字段，計(jì)算特征碼的方法
為了便于識(shí)別，再加一個(gè)檢驗(yàn)方法，就好了
除了這樣的應(yīng)用，你還能想到哪些應(yīng)用呢？歡迎留言交流
總結(jié)
截至寫稿(2021年1月9日)，比特幣的價(jià)格已經(jīng)接近 27 萬(wàn)了，如此受熱捧（也不是一直這么熱，理財(cái)有風(fēng)險(xiǎn)，投資需謹(jǐn)慎），而其內(nèi)在原理竟然如此簡(jiǎn)單
基于加密算法就可以完成可以承載巨大信息量的數(shù)據(jù)貨幣世界，這就是所謂 越簡(jiǎn)單的, 就越有效和穩(wěn)定 的恰當(dāng)解釋
無(wú)論什么事物，總有其內(nèi)在的基本原理和理論做支撐，只有了解和掌握了其內(nèi)部原理，才能更好地認(rèn)識(shí)一個(gè)事物，我們只需要多一些好奇心，多一點(diǎn)耐心就好，比心
參考
區(qū)塊鏈白皮書: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf https://zhuanlan.zhihu.com/p/28595570 https://zhuanlan.zhihu.com/p/101907402
PS：公號(hào)內(nèi)回復(fù)「Python」即可進(jìn)入Python 新手學(xué)習(xí)交流群，一起 100 天計(jì)劃！
老規(guī)矩，兄弟們還記得么，右下角的 “在看” 點(diǎn)一下，如果感覺(jué)文章內(nèi)容不錯(cuò)的話，記得分享朋友圈讓更多的人知道！
【代碼獲取方式】