來(lái)源? | M edium

作者 | arjuna sky kok

整理 /?Aholiab

出品 |?區(qū)塊鏈大本營(yíng)（blockchain_camp）

根據(jù)IEEE此前的一項(xiàng)調(diào)查， Python已成為最受開(kāi)發(fā)者歡迎的語(yǔ)言之一。 由于其對(duì)于技術(shù)小白天然友好的特性，以及不斷更新的新功能。Python越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)者的喜愛(ài)。越來(lái)越多被用于獨(dú)立、大型項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)開(kāi)始使用Python。

20世紀(jì)90年代初荷蘭人Guido van Rossum為了打發(fā)圣誕節(jié)的無(wú)趣，決心開(kāi)發(fā)一個(gè)新的腳本解釋程序，作為ABC 語(yǔ)言的一種繼承。

之所以選中Python（大蟒蛇的意思）作為該編程語(yǔ)言的名字，是取自英國(guó)20世紀(jì)70年代首播的電視喜劇《蒙提.派森的飛行馬戲團(tuán)》（Monty Python's Flying Circus） 。

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對(duì)于區(qū)塊鏈開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，Python也是十分實(shí)用的語(yǔ)言之一。 今天，我們就Python開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

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在這篇文章中， 一方面我們會(huì)對(duì)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念進(jìn)行講解 ，例如哈希的工作原理， 另一方面，也會(huì)以實(shí)際代碼來(lái)構(gòu)建一個(gè)區(qū)塊鏈基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 讓你對(duì)區(qū)塊鏈和Python的基礎(chǔ)有個(gè)基本的理解。

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說(shuō)不多說(shuō)，下面就進(jìn)入正題！

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從哈希函數(shù)說(shuō)起

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在區(qū)塊鏈中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是十分重要的基本組成部分，尤其是比特幣。 雖然單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無(wú)法構(gòu)建成加密數(shù)字貨幣，但理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)于理解區(qū)塊鏈的基本原理是非常有益處的。

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但在講數(shù)字結(jié)構(gòu)之前，我們還是先從哈希講起，以比特幣的SHA-256哈希函數(shù)為例，講講如何利用Python去實(shí)現(xiàn)哈希的運(yùn)算。

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哈希函數(shù)，又稱散列算法，是一種從任何一種數(shù)據(jù)中創(chuàng)建小的數(shù)字“指紋”的方法。 散列函數(shù)把消息或數(shù)據(jù)壓縮成摘要，使得數(shù)據(jù)量變小，將數(shù)據(jù)的格式固定下來(lái)。該函數(shù)將數(shù)據(jù)打亂混合，重新創(chuàng)建一個(gè)叫做散列值（或哈希值）的指紋。散列值通常用一個(gè)短的隨機(jī)字母和數(shù)字組成的字符串來(lái)代表。

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對(duì)于任意長(zhǎng)度的消息，SHA256都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)256bit長(zhǎng)的哈希值，稱作消息摘要。

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這個(gè)摘要相當(dāng)于是個(gè)長(zhǎng)度為32個(gè)字節(jié)的數(shù)組，通常用一個(gè)長(zhǎng)度為64的十六進(jìn)制字符串來(lái)表示。

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來(lái)看一個(gè)例子：

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這句話，經(jīng)過(guò)哈希函數(shù)SHA256后得到的哈希值為：

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說(shuō)回SHA-256，說(shuō)白了，它就是一個(gè)哈希函數(shù)。那么我們?nèi)绾斡肞ython來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？下面代碼展示了用Python實(shí)現(xiàn)「hello world」的過(guò)程：

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看到這里你可能會(huì)問(wèn)，SHA-256中的「256」究竟是什么意思？ 哈希算法是一個(gè)將任意文本轉(zhuǎn)換為一個(gè)256位隨機(jī)二進(jìn)制字符串的過(guò)程。在上面的例子中，「hello world」是一個(gè)11位的字符（只算字母），經(jīng)過(guò)哈希運(yùn)算以后，變成了這樣的一串字符：

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b94d27b9934d3e08a52e52d7da7dabfac484efe37a5380ee9088f7ace2efcde9

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同樣，即使我的文本長(zhǎng)度不是11位，生成的字符數(shù)也是一樣的。例如：

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在上面例子中，「I am the best president. Ever.」（意為：我是史上最好的總統(tǒng)），哈希運(yùn)算之后的字符串一樣為64位。就算輸入的文本是100位，哈希運(yùn)算后的字符位數(shù)也是64位。

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之所以這樣，是因?yàn)樽址?6進(jìn)制的，如果我們把這樣的字符串轉(zhuǎn)換為2進(jìn)制，那么就會(huì)得到一個(gè)256位的2進(jìn)制字符串。 如下圖所示：

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這就是SHA-256中，256這個(gè)數(shù)字的由來(lái)。

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接下來(lái)我們就來(lái)看看哈希算法有哪些特征。哈希的特征之一就是「無(wú)沖突原則」。這個(gè)原則是指要得到一個(gè)256位的2進(jìn)制字符串，顯然有不止一個(gè)輸入可以做到。

因?yàn)?56位的輸出長(zhǎng)度是固定的，但輸入的長(zhǎng)度卻沒(méi)有限制，所以輸入的范圍要遠(yuǎn)大于輸出，只要能夠窮盡輸入，就有可能得到2個(gè)一樣的256位的輸出。

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話雖如此，不過(guò)要找到這樣兩個(gè)輸入的難度卻很大。即使是輸入上改動(dòng)了一點(diǎn)，輸出的結(jié)果都會(huì)完全不同。如下圖所示：

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所以，想要找到2中一樣的輸出的唯一方法，是窮盡所有的字幕、數(shù)字組合，這幾乎無(wú)法做到。 幾率為2的256次方 。

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這是個(gè)多大的數(shù)字？展開(kāi)來(lái)就是醬嬸兒的：

115792089237316195423570985008687907853269984665640564039457584007913129639936

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幾乎相當(dāng)于10的77次方。這是個(gè)什么概念？在460億光年的宇宙內(nèi)，可見(jiàn)的原子數(shù)量也只有10的78次方。 這個(gè)數(shù)字幾乎相當(dāng)于宇宙內(nèi)的原子數(shù)量！

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要運(yùn)算這個(gè)數(shù)字需要多長(zhǎng)時(shí)間？以英偉達(dá)Geforce 1080 Ti顯卡，浮點(diǎn)運(yùn)算11.3的算力來(lái)運(yùn)算， 每個(gè)哈希需要運(yùn)算3000次，以每秒鐘3766666666個(gè)哈希的速度來(lái)運(yùn)算，找到兩個(gè)相同的哈希運(yùn)算結(jié)果，需要計(jì)算2的128次方個(gè)哈希 。地球上所有的人一起計(jì)算，需要的時(shí)間如下：

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這比地球存在的實(shí)時(shí)間都要長(zhǎng)。

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用Python創(chuàng)建第一個(gè)區(qū)塊

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了解了什么是哈希，我們接著就來(lái)說(shuō)說(shuō)什么是區(qū)塊。實(shí)際上，區(qū)塊鏈就是一個(gè)互相連接的序列。我們接下來(lái)創(chuàng)建第一個(gè)區(qū)塊，也稱為「創(chuàng)世區(qū)塊」。代碼如下所示：

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區(qū)塊鏈中會(huì)包含交易，交易很好理解，就是誰(shuí)轉(zhuǎn)了多少錢(qián)給誰(shuí)。我們把區(qū)塊進(jìn)行序列，這樣它就可以進(jìn)行哈希運(yùn)算：

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這樣，我們就得到了另一個(gè)區(qū)塊，我們姑且稱它為「區(qū)塊2」：

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再對(duì)區(qū)塊2進(jìn)行哈希運(yùn)算：

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得到了「區(qū)塊3」。

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再對(duì)區(qū)塊3進(jìn)行哈希運(yùn)算，得到了「區(qū)塊4」。

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這樣一來(lái)，想要確定區(qū)塊上的數(shù)據(jù)沒(méi)有被篡改，我只需要檢查最后一個(gè)區(qū)塊的哈希就行了。而不是從創(chuàng)世區(qū)塊開(kāi)始檢查。這一原理也杜絕了區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)被攢該的可能。

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通過(guò)以上代碼，可以得到下面結(jié)果：

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這樣，用Python實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈開(kāi)發(fā)的演示就結(jié)束了。 Python是一門(mén)強(qiáng)大的語(yǔ)言，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)強(qiáng)大的信用工具，這兩者結(jié)合，勢(shì)必能創(chuàng)造出新的可能性。

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怎么樣，今天的內(nèi)容你都學(xué)會(huì)了嗎？還想看哪些技術(shù)教程，歡迎留言告訴營(yíng)長(zhǎng)！

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參考鏈接： ?

https://medium.com/coinmonks/building-a-simple-blockchain-data-structure-with-python-e7ebd448647a

https://blog.csdn.net/u011583927/article/details/80905740

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