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用Django实现一个可运行的区块链应用

转载 作者：qq735679552 更新时间：2022-09-28 22:32:09 34 4
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CFSDN坚持开源创造价值，我们致力于搭建一个资源共享平台，让每一个IT人在这里找到属于你的精彩世界.

这篇CFSDN的博客文章用Django实现一个可运行的区块链应用由作者收集整理，如果你对这篇文章有兴趣，记得点赞哟.

对数字货币的崛起感到新奇的我们，并且想知道其背后的技术——区块链是怎样实现的.

用Django实现一个可运行的区块链应用

但是完全搞懂区块链并非易事，我喜欢在实践中学习，通过写代码来学习技术会掌握得更牢固。通过构建一个区块链可以加深对区块链的理解.

准备工作 。

本文要求读者对Python有基本的理解，能读写基本的Python，并且需要对HTTP请求有基本的了解.

我们知道区块链是由区块的记录构成的不可变、有序的链结构，记录可以是交易、文件或任何你想要的数据，重要的是它们是通过哈希值（hashes）链接起来的.

环境准备 。

环境准备，确保已经安装Python3.5, pip , django, requests，urllib，json，hashlib 。

安装方法:

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pip install django requests

同时还需要一个HTTP客户端，比如Postman，cURL或其它客户端，本文以Postman为例.

开始创建Blockchain 。

通过django-admin startproject block创建一个block的项目，在项目中创建一个demo项目django-admin startproject demo ，目录结构:

用Django实现一个可运行的区块链应用

Blockchain类 。

在views中创建一个Blockchain类，在构造函数中创建了两个列表，一个用于储存区块链，一个用于储存交易.

以下是Blockchain类的框架:

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class Blockchain( object ):
   def __init__( self ):
     self .chain = []
     self .current_transactions = []
   def new_block( self ):
     # Creates a new Block and adds it to the chain
     pass
   def new_transaction( self ):
     # Adds a new transaction to the list of transactions
     pass
   @staticmethod
   def hash (block):
     # Hashes a Block
     pass
   @property
   def last_block( self ):
     # Returns the last Block in the chain
     pass

Blockchain类用来管理链条，它能存储交易，加入新块等，下面我们来进一步完善这些方法.

块结构 。

每个区块包含属性：索引（index），Unix时间戳（timestamp），交易列表（transactions），工作量证明（稍后解释）以及前一个区块的Hash值.

以下是一个区块的结构:

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block = {
   'index' : 1 ,
   'timestamp' : 1506057125.900785 ,
   'transactions' : [
     {
       'sender' : "8527147fe1f5426f9dd545de4b27ee00" ,
       'recipient' : "a77f5cdfa2934df3954a5c7c7da5df1f" ,
       'amount' : 5 ,
     }
   ],
   'proof' : 324984774000 ,
   'previous_hash' : "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"
}

到这里，区块链的概念就清楚了，每个新的区块都包含上一个区块的Hash，这是关键的一点，它保障了区块链不可变性。如果攻击者破坏了前面的某个区块，那么后面所有区块的Hash都会变得不正确。不理解的话，慢慢消化，可参考区块链记账原理 。

加入交易 。

接下来我们需要添加一个交易，来完善下new_transaction方法 。

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class Blockchain( object ):
   ...
   def new_transaction( self , sender, recipient, amount):
     """
     生成新交易信息，信息将加入到下一个待挖的区块中
     :param sender: <str> Address of the Sender
     :param recipient: <str> Address of the Recipient
     :param amount: <int> Amount
     :return: <int> The index of the Block that will hold this transaction
     """
     self .current_transactions.append({
       'sender' : sender,
       'recipient' : recipient,
       'amount' : amount,
     })
     return self .last_block[ 'index' ] + 1

方法向列表中添加一个交易记录，并返回该记录将被添加到的区块(下一个待挖掘的区块)的索引，等下在用户提交交易时会有用.

创建新块 。

当Blockchain实例化后，我们需要构造一个创世块（没有前区块的第一个区块），并且给它加上一个工作量证明.

每个区块都需要经过工作量证明，俗称挖矿，稍后会继续讲解.

为了构造创世块，我们还需要完善new_block(), new_transaction() 和hash() 方法:

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class Blockchain( object ):
   def __init__( self ):
     self .chain = []
     self .current_transactions = []
     self .new_block(previous_hash = 1 , proof = 100 )
     self .nodes = set ()
   def new_block( self ,proof,previous_hash = None ):
     block = {
       'index' : len ( self .chain) + 1 ,
       'timestamp' : time(),
       'transactions' : self .current_transactions,
       'proof' :proof ,
       'previous_hash' : previous_hash or self . hash ( self .chain[ - 1 ]),
     }
     self .current_transactions = []
     self .chain.append(block)
     return block
   def new_transaction( self ,sender,recipient,amount):
     self .current_transactions.append({
       'sender' : sender,
       'recipient' : recipient,
       'amount' : amount,
     })
     return self .last_block[ 'index' ] + 1
   @staticmethod
   def hash (block):
     block_string = json.dumps(block, sort_keys = True ).encode()
     return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()

通过上面的代码和注释可以对区块链有直观的了解，接下来我们看看区块是怎么挖出来的.

理解工作量证明 。

新的区块依赖工作量证明算法（PoW）来构造。PoW的目标是找出一个符合特定条件的数字， 这个数字很难计算出来，但容易验证 。这就是工作量证明的核心思想.

为了方便理解，举个例子:

假设一个整数 x 乘以另一个整数 y 的积的 Hash 值必须以 0 结尾，即 hash(x * y) = ac23dc…0。设变量 x = 5，求 y 的值?

用Python实现如下:

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from hashlib import sha256
x = 5
y = 0
while sha256( str (x * y).encode()).hexdigest()[: 4 ] ! = "0000" :
    y + = 1
    print (y,sha256( str (x * y).encode()).hexdigest()[: 4 ])
print (y)

在比特币中，使用称为Hashcash的工作量证明算法，它和上面的问题很类似。矿工们为了争夺创建区块的权利而争相计算结果。通常，计算难度与目标字符串需要满足的特定字符的数量成正比，矿工算出结果后，会获得比特币奖励.

当然，在网络上非常容易验证这个结果.

实现工作量证明 。

让我们来实现一个相似PoW算法，规则是：寻找一个数 p，使得它与前一个区块的 proof 拼接成的字符串的 Hash 值以 4 个零开头.

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import hashlib
import json
from time import time
from uuid import uuid4
class Blockchain( object ):
   ...
   def last_block( self ):
     return self .chain[ - 1 ]
   def proof_of_work( self , last_proof):
     proof = 0
     while self .valid_proof(last_proof, proof) is False :
       proof + = 1
     return proof
   @staticmethod
   def valid_proof(last_proof, proof):
     guess = str (last_proof * proof).encode()
     guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest()
     return guess_hash[: 5 ] = = "00000"

衡量算法复杂度的办法是修改零开头的个数。使用4个来用于演示，你会发现多一个零都会大大增加计算出结果所需的时间.

现在Blockchain类基本已经完成了，接下来使用HTTP requests来进行交互.

Blockchain作为API接口 。

我们将使用Python django框架，这是一个轻量Web应用框架，它方便将网络请求映射到 Python函数，现在我们来让来试一下:

我们将创建三个接口:

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/ transactions / new 创建一个交易并添加到区块
/ mine 告诉服务器去挖掘新的区块
/ chain 返回整个区块链

创建节点 。

我们的“django web服务器”将扮演区块链网络中的一个节点。我们先添加一些框架代码:

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node_identifier = str (uuid4()).replace( '-' , '')
# Instantiate the Blockchain
blockchain = Blockchain()
def mine(request):
   last_block = blockchain.last_block
   last_proof = last_block[ 'proof' ]
   proof = blockchain.proof_of_work(last_proof)
   print (proof)
   blockchain.new_transaction(
      sender = "0" ,
      recipient = node_identifier,
      amount = 1 ,
    )
    # Forge the new Block by adding it to the chain
   block = blockchain.new_block(proof)
   response = {
      'message' : "New Block Forged" ,
      'index' : block[ 'index' ],
      'transactions' : block[ 'transactions' ],
      'proof' : block[ 'proof' ],
      'previous_hash' : block[ 'previous_hash' ],
   }
   print (response)
   return HttpResponse(json.dumps(response))
def new_transaction(request):
   values = json.loads(request.body.decode( 'utf-8' ))
   required = [ 'sender' , 'recipient' , 'amount' ]
   if not all (k in values for k in required):
     return 'Missing values'
   index = blockchain.new_transaction(values[ 'sender' ], values[ 'recipient' ], values[ 'amount' ])
   print (index)
   response = { 'message' : 'Transaction will be added to Block %s' % index}
   return HttpResponse(json.dumps(response))
def full_chain(request):
   response = {
     'chain' : blockchain.chain,
     'length' : len (blockchain.chain),
   }
   return HttpResponse(json.dumps(response))

添加url路由节点：运行服务 。

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from demo import views
urlpatterns = [
   url(r '^admin/' , admin.site.urls),
   url(r '^mine' , views.mine),
   url(r '^transactions/new/' , views.new_transaction),
   url(r '^chain/' , views.full_chain),
   url(r '^register' , views.register_nodes),
   url(r '^resolve' , views.consensus),
]

运行服务 。

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python manage.py runserver 127.0 . 0.1 : 8000

发送交易 。

发送到节点的交易数据，结构如下:

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{
  "sender" : "my address" ,
  "recipient" : "someone else's address" ,
  "amount" : 5
}

向服务添加一个交易 。

用Django实现一个可运行的区块链应用

挖矿 。

挖矿正是神奇所在，它很简单，做了一下三件事:

计算工作量证明PoW 。

通过新增一个交易授予矿工（自己）一个币 。

构造新区块并将其添加到链中 。

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def proof_of_work( self , last_proof):
     proof = 0
     while self .valid_proof(last_proof, proof) is False :
       proof + = 1
     return proof
   @staticmethod
   def valid_proof(last_proof, proof):
     guess = str (last_proof * proof).encode()
     guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest()
     return guess_hash[: 5 ] = = "00000"

注意交易的接收者是我们自己的服务器节点，我们做的大部分工作都只是围绕Blockchain类方法进行交互。到此，我们的区块链就算完成了，我们来实际运行下 。

运行区块链 。

你可以使用cURL 或Postman 去和API进行交互 。

让我们通过请求 http://127.0.0.1:8000/mine 来进行挖矿 。

用Django实现一个可运行的区块链应用

在挖了两次矿之后，就有3个块了，通过请求 http://localhost:8000/chain 可以得到所有的块信息.

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{  "chain" : [
     {
       "transactions" : [],
       "proof" : 100 ,
       "timestamp" : 1520314374.7261052 ,
       "index" : 1 ,
       "previous_hash" : 1
     },
     {
       "transactions" : [
         {
           "sender" : "0" ,
           "recipient" : "27d4aae55b2848dcae52bc722d86e0c3" ,
           "amount" : 1
         }
       ],
       "proof" : 1771087 ,
       "timestamp" : 1520314389.5019505 ,
       "index" : 2 ,
       "previous_hash" : "32fa73f48240160257e95fdf8422c6df734b5d7e8ceb69a41a5578643c1d36fb"
     },
     {
       "transactions" : [
         {
           "sender" : "d4ee26eee15148ee92c6cd394edd9705" ,
           "recipient" : "5" ,
           "amount" : 500
         },
         {
           "sender" : "0" ,
           "recipient" : "27d4aae55b2848dcae52bc722d86e0c3" ,
           "amount" : 1
         }
       ],
       "proof" : 100 ,
       "timestamp" : 1520314592.4745598 ,
       "index" : 3 ,
       "previous_hash" : "e6b1be488e0ed20fe3ec51135e5fafb4dfffaa28a190967106a5dd3e89e4b3aa"
     }
   ],
   "length" : 3
}

一致性（共识） 。

我们已经有了一个基本的区块链可以接受交易和挖矿。但是区块链系统应该是分布式的。既然是分布式的，那么我们究竟拿什么保证所有节点有同样的链呢？这就是一致性问题，我们要想在网络上有多个节点，就必须实现一个一致性的算法.

注册节点 。

在实现一致性算法之前，我们需要找到一种方式让一个节点知道它相邻的节点。每个节点都需要保存一份包含网络中其它节点的记录。因此让我们新增几个接口:

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/ register 接收URL形式的新节点列表
/ resolve 执行一致性算法，解决任何冲突，确保节点拥有正确的链

我们修改下Blockchain的init函数并提供一个注册节点方法:

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from urllib.parse import urlparse
...
class Blockchain( object ):
   def __init__( self ):
     ...
     self .nodes = set ()
     ...
   def register_node( self , address):
     parsed_url = urlparse(address)
     self .nodes.add(parsed_url.netloc)

我们用 set 来储存节点，这是一种避免重复添加节点的简单方法.

实现共识算法 。

前面提到，冲突是指不同的节点拥有不同的链，为了解决这个问题，规定最长的、有效的链才是最终的链，换句话说，网络中有效最长链才是实际的链.

我们使用一下的算法，来达到网络中的共识 。

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class Blockchain( object ):
   def __init__( self ):
     ...
   def valid_chain( self , chain):
     last_block = chain[ 0 ]
     current_index = 1
     while current_index < len (chain):
       block = chain[current_index]
       if block[ 'previous_hash' ] ! = self . hash (last_block):
         return False
       # Check that the Proof of Work is correct
       if not self .valid_proof(last_block[ 'proof' ], block[ 'proof' ]):
         return False
       last_block = block
       current_index + = 1
     return True
   def resolve_conflicts( self ):
     neighbours = self .nodes
     new_chain = None
     max_length = len ( self .chain)
     for node in neighbours:
       response = requests.get( 'http://%s/chain' % node)
       if response.status_code = = 200 :
         length = json.loads(response)[ 'length' ]
         chain = json.loads(response)[ 'chain' ]
         # Check if the length is longer and the chain is valid
         if length > max_length and self .valid_chain(chain):
           max_length = length
           new_chain = chain
     # Replace our chain if we discovered a new, valid chain longer than ours
     if new_chain:
       self .chain = new_chain
       return True
     return False

第一个方法 valid_chain() 用来检查是否是有效链，遍历每个块验证hash和proof. 。

第2个方法 resolve_conflicts() 用来解决冲突，遍历所有的邻居节点，并用上一个方法检查链的有效性， 如果发现有效更长链，就替换掉自己的链 。

在url中添加两个路由，一个用来注册节点，一个用来解决冲突.

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from demo import views
urlpatterns = [
   url(r '^register' , views.register_nodes),
   url(r '^resolve' , views.consensus),
]

你可以在不同的机器运行节点，或在一台机机开启不同的网络端口来模拟多节点的网络，这里在同一台机器开启不同的端口演示，在不同的终端运行一下命令，就启动了两个节点： http://127.0.0.1:8000 和 http://127.0.0.1:8100 。

用Django实现一个可运行的区块链应用

然后在节点8100节点上挖两个块，确保是更长的链，然后在节点8000节点上访问接口/resolve ,这时节点8100的链会通过共识算法被节点8000节点的链取代.

用Django实现一个可运行的区块链应用

总结 。

以上所述是小编给大家介绍的用Django实现一个可运行的区块链应用，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对我网站的支持！ 。

原文链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34272127 。

最后此篇关于用Django实现一个可运行的区块链应用的文章就讲到这里了,如果你想了解更多关于用Django实现一个可运行的区块链应用的内容请搜索CFSDN的文章或继续浏览相关文章，希望大家以后支持我的博客！ 。

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