來源? | M edium

作者 | arjuna sky kok

整理 /?Aholiab

出品 |?區(qū)塊鏈大本營（blockchain_camp）

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

20世紀(jì)90年代初荷蘭人Guido van Rossum為了打發(fā)圣誕節(jié)的無趣，決心開發(fā)一個新的腳本解釋程序，作為ABC 語言的一種繼承。

之所以選中Python（大蟒蛇的意思）作為該編程語言的名字，是取自英國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） 。

?

對于區(qū)塊鏈開發(fā)者來說，Python也是十分實(shí)用的語言之一。 今天，我們就Python開發(fā)一個簡單的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

?

在這篇文章中， 一方面我們會對區(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，也會以實(shí)際代碼來構(gòu)建一個區(qū)塊鏈基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 讓你對區(qū)塊鏈和Python的基礎(chǔ)有個基本的理解。

?

說不多說，下面就進(jìn)入正題！

?

?

從哈希函數(shù)說起

?

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)無法構(gòu)建成加密數(shù)字貨幣，但理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對于理解區(qū)塊鏈的基本原理是非常有益處的。

?

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。

?

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。該函數(shù)將數(shù)據(jù)打亂混合，重新創(chuàng)建一個叫做散列值（或哈希值）的指紋。散列值通常用一個短的隨機(jī)字母和數(shù)字組成的字符串來代表。

?

對于任意長度的消息，SHA256都會產(chǎn)生一個256bit長的哈希值，稱作消息摘要。

?

這個摘要相當(dāng)于是個長度為32個字節(jié)的數(shù)組，通常用一個長度為64的十六進(jìn)制字符串來表示。

?

來看一個例子：

?

這句話，經(jīng)過哈希函數(shù)SHA256后得到的哈希值為：

?

說回SHA-256，說白了，它就是一個哈希函數(shù)。那么我們?nèi)绾斡肞ython來實(shí)現(xiàn)呢？下面代碼展示了用Python實(shí)現(xiàn)「hello world」的過程：

?

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

?

b94d27b9934d3e08a52e52d7da7dabfac484efe37a5380ee9088f7ace2efcde9

?

同樣，即使我的文本長度不是11位，生成的字符數(shù)也是一樣的。例如：

?

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。

?

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，那么就會得到一個256位的2進(jìn)制字符串。 如下圖所示：

?

這就是SHA-256中，256這個數(shù)字的由來。

?

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

因?yàn)?56位的輸出長度是固定的，但輸入的長度卻沒有限制，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個一樣的256位的輸出。

?

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

?

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，這幾乎無法做到。 幾率為2的256次方 。

?

這是個多大的數(shù)字？展開來就是醬嬸兒的：

115792089237316195423570985008687907853269984665640564039457584007913129639936

?

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

?

?

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

?

?

這比地球存在的實(shí)時間都要長。

?

?

用Python創(chuàng)建第一個區(qū)塊

?

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

?

區(qū)塊鏈中會包含交易，交易很好理解，就是誰轉(zhuǎn)了多少錢給誰。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：

?

這樣，我們就得到了另一個區(qū)塊，我們姑且稱它為「區(qū)塊2」：

?

再對區(qū)塊2進(jìn)行哈希運(yùn)算：

?

得到了「區(qū)塊3」。

?

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

?

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

?

?

通過以上代碼，可以得到下面結(jié)果：

?

這樣，用Python實(shí)現(xiàn)簡單的區(qū)塊鏈開發(fā)的演示就結(jié)束了。 Python是一門強(qiáng)大的語言，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€強(qiáng)大的信用工具，這兩者結(jié)合，勢必能創(chuàng)造出新的可能性。

?

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

?

?

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

推薦閱讀：

• 干貨 | 幾行代碼就能擼一個文檔注冊Dapp，一文學(xué)會以太坊Dapp開發(fā)

• 預(yù)警，CSW的50萬枚塵封BTC即將重返市場

• TechHQ首席架構(gòu)師濃縮1000小時的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出5大技能點(diǎn)，架構(gòu)師必看！

• AI 假冒老板騙取 24.3 萬美元！

• 倒計時1天 | 2019 AI ProCon報名通道即將關(guān)閉（附參會指南）

• 亞馬遜首席科學(xué)家李沐「實(shí)訓(xùn)營」國內(nèi)獨(dú)家直播，馬上報名?！

• Android 10 重磅來襲： 支持 5G 與折疊屏、隱私安全全面升級！

• 阿里云 CDN 業(yè)務(wù)基于邊緣容器的云原生轉(zhuǎn)型實(shí)踐

猛戳 "閱讀原文" 有驚喜喲

老鐵在看了嗎？