“学习区块链的最快方法就是自己亲手搭建一个”

本文接上篇：手把手教你搭建区块链（上）

”了解工作量证明“

工作量证明算法（PoW）是在区块链上创建或挖掘新区块的方式。

PoW的目标是发现可以解决问题的数字。从计算机的角度来讲，该数字必须既要很难找到又要易于验证。这是工作量证明的核心思想。

我们将看一个非常简单的示例来帮助您深入了解，某个整数x乘以另一个y的哈希必须以0结尾的函数表达为：

hash（x * y）= ac23dc...0

对于这个示例，让我们设x = 5，则代码如下:

from hashlib import sha256

x = 5

y = 0  # We don't know what y should be yet...

while sha256(f'{x*y}'.encode()).hexdigest()[-1] != "0":

    y += 1

print(f'The solution is y = {y}')

运行代码后的结果为y =21（产生的哈希以0结尾）

hash(5 * 21) = 1253e9373e...5e3600155e860

在比特币中，工作量证明算法称为Hashcash。，与我们刚才运行的基本示例代码并没有太大不同。这就是矿工竞相创建新区块的算法。通常，难度由字符串中搜索的字符数决定。通过在transaction中获得btc，矿工获得了解题的奖励，整个网络也能够轻松验证其答案。

让我们为我们上一篇文章中搭建的区块链实现类似的算法，例如：找到一个数字p，当该数字与上一个块的答案进行哈希运算时，会产生一个带有4个前导0的哈希值

import hashlib

import json

from time import time

from uuid import uuid4

class Blockchain(object):

    ...

    def proof_of_work(self, last_proof):

        """

        Simple Proof of Work Algorithm:

         - Find a number p' such that hash(pp') contains leading 4 zeroes, where p is the previous p'

         - p is the previous proof, and p' is the new proof

        :param last_proof:

        :return:

        """

        proof = 0

        while self.valid_proof(last_proof, proof) is False:

            proof += 1

        return proof

    @staticmethod

    def valid_proof(last_proof, proof):

        """

        Validates the Proof: Does hash(last_proof, proof) contain 4 leading zeroes?

        :param last_proof: Previous Proof

        :param proof: Current Proof

        :return: True if correct, False if not.

        """

        guess = f'{last_proof}{proof}'.encode()

        guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest()

        return guess_hash[:4] == "0000"

要调整算法的难度，我们可以修改前导零的数量。但是4就足够了。您会发现，添加单个前导零将极大地缩短寻找答案所需的时间。

 STEP 2 ：以API与Blockchain交互

我们将使用Python Flask框架。这是一个微框架，可轻松将端点映射到Python函数。这使我们可以使用HTTP请求通过网络与我们的区块链进行对话。

我们先创建三个方法：

#to create a new transaction to a block.

/transactions/new

#to tell our server to mine a new block.

/mine 

#to return the full Blockchain

/chain

在我们的区块链网络中生成单个节点：

import hashlib

import json

from textwrap import dedent

from time import time

from uuid import uuid4

from flask import Flask

class Blockchain(object):

    ...

# Instantiate our Node

app = Flask(__name__)

# Generate a globally unique address for this node

node_identifier = str(uuid4()).replace('-', '')

# Instantiate the Blockchain

blockchain = Blockchain()

@app.route('/mine', methods=['GET'])

def mine():

    return "We'll mine a new Block"

@app.route('/transactions/new', methods=['POST'])

def new_transaction():

    return "We'll add a new transaction"

@app.route('/chain', methods=['GET'])

def full_chain():

    response = {

        'chain': blockchain.chain,

        'length': len(blockchain.chain),

    }

    return jsonify(response), 200

if __name__ == '__main__':

    app.run(host='0.0.0.0', port=5000)

为了便于理解，我再补充一些上面代码的简要中文注释：

·第15行：实例化我们的节点

·第18行：为我们的节点创建一个随机名称

·第21行：实例化我们的Blockchain类

·第24–26行：创建/mine，这是一个GET请求

·第28–30行：创建/transactions/new（这是POST请求），因为我们将向其发送数据

·第32–38行：创建/ chain，返回完整的Blockchain

·第40-41行：在端口5000上运行

以下是用户发送交易请求到服务器的示例代码：

{

 "sender": "my address",

 "recipient": "someone else's address",

 "amount": 5

}

由于我们已经有了用于将事务添加到块中的类方法，因此其余操作很容易。让我们编写添加交易的功能：

import hashlib

import json

from textwrap import dedent

from time import time

from uuid import uuid4

from flask import Flask, jsonify, request

...

@app.route('/transactions/new', methods=['POST'])

def new_transaction():

    values = request.get_json()

    # Check that the required fields are in the POST'ed data

    required = ['sender', 'recipient', 'amount']

    if not all(k in values for k in required):

        return 'Missing values', 400

    # Create a new Transaction

    index = blockchain.new_transaction(values['sender'], values['recipient'], values['amount'])

    response = {'message': f'Transaction will be added to Block {index}'}

    return jsonify(response), 201

最后，我们挖矿只需要做三件事：

1、计算工作量证明

2、通过添加一笔交易来奖励矿工（也就是我们）

3、将新块添加到链中

import hashlib

import json

from time import time

from uuid import uuid4

from flask import Flask, jsonify, request

...

@app.route('/mine', methods=['GET'])

def mine():

    # We run the proof of work algorithm to get the next proof...

    last_block = blockchain.last_block

    last_proof = last_block['proof']

    proof = blockchain.proof_of_work(last_proof)

    # We must receive a reward for finding the proof.

    # The sender is "0" to signify that this node has mined a new coin.

    blockchain.new_transaction(

        sender="0",

        recipient=node_identifier,

        amount=1,

    )

    # Forge the new Block by adding it to the chain

    previous_hash = blockchain.hash(last_block)

    block = blockchain.new_block(proof, previous_hash)

    response = {

        'message': "New Block Forged",

        'index': block['index'],

        'transactions': block['transactions'],

        'proof': block['proof'],

        'previous_hash': block['previous_hash'],

    }

    return jsonify(response), 200

请注意，已开采区块的接收者是我们节点的地址。 

而且，我们在这里所做的大部分工作只是与Blockchain类上的方法进行交互。 

至此，我们已经可以开始与我们的区块链进行交互了~如果您好奇共识算法是如何实现的，且听下回分解~