Публикация Пошаговое руководство по созданию приложения Blockchain с помощью Python впервые появилась на Coinpedia Fintech News
Введение
Блокчейн
Блокчейн — пионер в области финансов и программирования. Это новая развивающаяся технология, привлекающая внимание во всем мире благодаря своим ключевым особенностям, таким как децентрализованный механизм, в котором нет центрального органа, управляющего транзакциями и базой данных. Он может многое предложить с точки зрения прозрачности и безопасности.
Можно задаться вопросом, что же такое блокчейн.
Проще говоря, Blockchain относится к блокам или файлам, связанным вместе с шифрованием. Это похоже на цифровую цепочку, связанную сзади и после правилами криптографии. Это циркулирует и распределяет транзакции в сообществе, где узлы-участники используют криптографические механизмы для согласования и поддержания целостности.
Технология блокчейн достаточно надежна, чтобы противостоять любым цифровым угрозам и сбоям, что делает ее более подходящей для управления рисками кибербезопасности.
Python в блокчейне
Python — самый динамичный и адаптированный язык. Назовите любую область разработки программного обеспечения, и Python всегда будет первым выбором из-за его функциональности. Он имеет чистый синтаксис, в котором вам нужно меньше строк для выполнения любой функции по сравнению с любым другим языком. Простой синтаксис Python полезен для работы с ошибками и багами.
Python имеет богатую экосистему и многофункциональные библиотеки, которые ускоряют ваш путь разработки. Например, библиотеки, такие как PyCryptodome и Hashlib, предоставляют криптографические и вычислительные функции, а фреймворки, такие как Flask и Django, полезны для API и интерфейсов веб-приложений. В то время как библиотеки, такие как Brownie и Vyper, используются для развертывания смарт-контрактов.
Python может интегрировать различные языки, такие как C++, Java и Javascript. Он также поддерживает множественную интеграцию API. Интеграция API полезна для совместной работы с другим программным обеспечением, платформами и фреймворками. Python имеет большое сообщество и похвальную отзывчивую систему поддержки от сообщества. Существуют очень полезные вклады с открытым исходным кодом и платформа для науки о данных и аналитики, которые делают Python уникальным в своем роде.
Аудитория
Теперь реальный вопрос заключается в том, как использовать Python при разработке блокчейн-приложений.
Меньше беспокойтесь! Эта статья — ваша помощь. Здесь мы сосредоточимся на использовании и интеграции Python в блокчейн. Все начинающие разработчики могут начать свой путь с этой статьи.
Беспокоитесь об идеальной настройке и управлении конфигурацией? Мы вам поможем! Давайте погрузимся в увлекательный мир создания приложения Blockchain с помощью Python.
Настройка среды разработки
Прежде чем начать разработку, необходимо иметь все необходимые условия. В этом разделе мы проведем вас через весь процесс.
Что касается конфигурации, то у Python самый простой процесс настройки.
Давайте рассмотрим это подробнее:
Установка Python
Посетите официальный сайт и загрузите последнюю версию Python: https://www.python.org/downloads/
Загрузите в соответствии с вашей операционной системой (Windows, MacOS, Linux)
Он поставляется с лаунчером Python, поэтому ознакомьтесь с руководством по установке — это установит Python в вашу систему.
Проверьте установку, используя python –version или python3 –version в командной строке (командная строка или терминал).
Примечание: Обязательно установите последнюю версию Python — 3.12 на данный момент. Более низкие версии используйте только в случае необходимости использования определенных утилит.
Выбор IDE
После того, как вы закончили установку Python в вашей системе, следующим делом следует заняться выбором правильной среды разработки. Это очень важный шаг, поскольку выбор правильной IDE без каких-либо расхождений в конфигурации является основой всех ваших будущих проектов.
Существует две основные среды разработки:
PyCharm: Pycharm был разработан JetBrains и является самой популярной IDE для Python. Pycharm имеет широкий спектр инструментов для повышения вашей производительности как разработчика.
Он предоставляет различные функции, такие как интеллектуальное завершение кода, которое завершает шаблон кода на основе функций в реальном времени. Pycharm действительно обладает очарованием с точки зрения инструментов отладки. Он предоставляет вам такие опции, как пошаговое выполнение кода, пошаговое выполнение всего кода, добавление нескольких точек останова для просмотра того, какая часть кода выдает ошибки, и консоль для запуска более мелких частей кода вместе с проверкой переменных.
Шаги по настройке Pycharm:
Посетите официальный сайт и загрузите PyCharm:
https://www.jetbrains.com/pycharm/download/?section=mac
Теперь следуйте всплывающим инструкциям.
После завершения установки запустите Pycharm и настройте свой проект и интерпретатор Python следующим образом:
Файлы→Настройки→Проект→Ваш проект→ Интерпретатор проекта и выберите соответствующую версию Python, которую вы установили ранее.
Jupyter Notebook: Jupyter Notebook — это онлайн-IDE (веб-приложение). Наряду с Python, он также используется для редактирования текста. Jupyter Notebook можно запустить на VSCode удаленно вместе с его расширениями.
Шаги по настройке Jupyter Notebook:
Откройте интерфейс командной строки: выполните команду pip install notebook.
Запустите Jupyter Notebook командой: jupyter notebook
Установка необходимых библиотек
Вот несколько библиотек, которые расширят ваши возможности разработки блокчейнов:
Flask: Flask — это фреймворк Python, который используется для создания веб-приложений и RESTful API. В блокчейне его можно использовать для создания веб-интерфейсов, таких как панели мониторинга и интерфейсы DApps.
Установить Flask: pip install Flask
Запросы: Запросы — это библиотека HTTP для обработки и отправки HTTP-запросов и ответов. В блокчейне запросы могут быть полезны для подключения к сетям блокчейнов и запросов.
Запросы на установку: запросы на установку pip
Pysha3: Pysha3 — самая важная библиотека, используемая для алгоритмов хеширования SHA-3, таких как SHA3-256 и SHA3-512. Хеширование — бесценный аспект технологии блокчейн, способствующий ее целостности и безопасности.
Установить pysha3: pip install pysha3
Web3.py: Web3.py — индивидуалист среди библиотек, который широко используется и имеет множество функций, таких как взаимодействие со смарт-контрактами, запрос данных блокчейна и отправка транзакций. Web3 — это библиотека на основе Ethereum, полезная для управления транзакциями.
Установить web3.py: pip install web3
Pycryptodome: Pycryptodome — полноценный пакет Python низкоуровневых криптографических функций. Эта библиотека предоставляет функции для обеспечения безопасности и целостности данных, такие как хеширование, шифрование, дешифрование и другие криптографические операции.
Установить pycryptodome: pip install pycryptodome
Pandas: Pandas — это надежная библиотека для анализа и обработки данных, которая содержит пакет структур данных и функций, полезных для анализа и визуализации записей блокчейна и транзакций.
Установить pandas: pip install pandas
SQLAlchemy: SQL — это база данных, а SQLAlchemy — это набор инструментов SQL, который имеет объектно-реляционное отображение для Python. Он поддерживает работу базы данных и взаимодействие с абстракциями высокого уровня. Блокчейн, являясь распределенной базой данных, сам по себе будет использоваться для управления и запроса реляционной базы данных и хранения записей транзакций вместе с учетными данными пользователя.
Установите SQLAlacemy: pip install SQLAlchemy
Numpy: Numoy — широко используемая библиотека Python, хорошо адаптированная к различным приложениям. Она используется для любых числовых операций и поддерживает математические сущности, такие как массивы, матрицы и ряд функций и операций над ними. В блокчейне Numpy может использоваться для обработки и моделирования записей транзакций и вычисления логических алгоритмов.
Установить Numpy: pip install numpy
Понимание концепций блокчейна
Если провести аналогию, чтобы понять блокчейн, то это похоже на историческую базу данных, которая хранится в нескольких местах, все места одинаково важны, и ни одна из сущностей не доминирует в сети.
Если копнуть глубже и понять структуру блокчейна, то она выглядит так:
Блоки(Транзакции)——–***Цепочки***——-Блоки.
Он состоит из трех компонентов:
Блоки: Блоки — это ячейки, которые хранят информацию или транзакции. Блоки хранят список конкретных транзакций. Блоки могут быть созданы или, можно сказать, могут быть добыты с использованием различных механизмов консенсуса. Каждый блок имеет свой собственный набор уникальных идентификаторов, которые также известны как хеширование. Метод хеширования полезен для шифрования данных в блоках.
Транзакция: Транзакции — это обмен валютами данных в сети блокчейн, происходящий через различные ноты. Подробности транзакции хранятся в блоке в унисон с набором протоколов, известных как консенсус.
Цепочки: Как мы уже знаем, блокчейны имеют аналогию со связанными списками, имеющими связи между своими блоками. Эти связи также известны как цепи. Поскольку каждый указатель в связанном списке связан через все связи, то же самое касается и блоков. Это ряд блоков, связанных хешем предыдущего блока, который гарантирует, что целостность данных и безопасность блокчейна сохраняются. Цель изменений не только в том, чтобы служить связью между предыдущим и следующим блоком, но и в том, чтобы предоставить ссылки вместе с принципами хеширования и криптографии.
Важность децентрализации, неизменности и механизмов консенсуса:
Децентрализация: Децентрализация является важнейшим свойством блокчейна. В этом механизме ни одна организация не контролирует всю базу данных, что предотвращает сбой системы блокчейна из-за чьего-либо несоответствия. Из-за децентрализации наличие предвзятой системы практически невозможно. Каждый участник устройства хранит копию блокчейна. Это обеспечивает прозрачность и препятствует централизованному сбою или манипуляции.
Неизменяемость: как только данные записаны в блокчейн, их нельзя изменить, не изменив все последующие блоки. Изменение всех последующих блоков в блокчейне требует больших вычислительных затрат и крайне неэффективно, что приводит к сбою. Изменение любого блока должно быть выполнено с помощью криптографического хеширования. Следовательно, все изменения, сделанные однажды, не могут быть отменены, что делает блокчейн неизменяемым.
Механизмы консенсуса: набор протоколов, управляющих всеми потребностями блокчейна. Все узлы в сети должны согласовать методы. Механизмы консенсуса используются для оптимизации узлов и обеспечения того, чтобы все узлы в сети были на одной странице.
Создание простого блокчейна
Создание класса блока
В приведенном выше коде мы определили класс Block для всех атрибутов.
Структура блока:
Индекс: Индекс — это целое число, представляющее позицию блока в блокчейне. Индексация помогает определить порядок блокчейна.
Блок Genesis — это начальный блок с индексом=0.
Временная метка: временная метка хранит момент создания блока в виде строки. Это помогает поддерживать запись блока, например, когда блок был добыт или добавлен в блокчейн.
Транзакции: представлены в виде векторов объектов транзакций, где каждая транзакция представляет собой передачу данных или значения между участниками. Хранит все транзакции, включенные в блок.
Предыдущий хэш и хэш: Предыдущий хэш хранит криптографический хэш предыдущего блока, тогда как хэш представляет собой строку криптографической информации, перемешанную или хэшированную.
Для расчета хеша блока мы использовали метод SHA3-256.
Создание класса блокчейна
Определите класс Blockchain для управления цепочкой и методы для добавления новых блоков.
В приведенном выше примере кода genesis block — это первый блок в блокчейне, get_latest_block — возвращает последний блок, а add_block — добавляет новый блок.
Реализация доказательства работы
Алгоритмы консенсуса — это правила, которые участники должны согласовать при добавлении блоков и создании новых в сети. Существуют различные механизмы, такие как:
Proof-of-Stake: Это основано на состоянии, которое готовы иметь валидаторы. Чем выше ставка в обмен на создание или валидацию блока, тем больше вероятность выбора валидатора.
Proof of Work: Proof of Work впервые был представлен в Bitcoin и с тех пор широко применяется как один из механизмов безопасности. В PoW участники соревнуются друг с другом, чтобы решить сложную криптографическую головоломку. Proof of Work работает в несколько этапов:
Создание блока: майнеры собирают транзакции, которые необходимо выполнить, и добавляют их в блок.
Хеширование блока: сначала майнер указывает одноразовый номер, который затем передается через криптографическую функцию, а затем блок хешируется с помощью уникального идентификатора.
Майнинг: Майнинг заключается в многократном изменении одноразового номера для поиска идеального хеша, который соответствует требованиям сложности сети.
Трансляция блока: как только вы получаете действительный хеш, майнер транслирует блок в сеть, а другие участники проверяют его.
Добавление блока в блокчейн: если блок признан действительным, он добавляется в блокчейн, а майнер получает вознаграждение.
Регулировка сложности: сеть периодически регулирует сложность головоломки PoW, чтобы гарантировать, что блоки добываются с постоянной скоростью, несмотря на изменения общей вычислительной мощности.
Другие: Существуют и другие алгоритмы, такие как DPos, известный как делегированное доказательство доли владения, где делегаты избираются, а также алгоритм византийской отказоустойчивости (PBFT).
Добавление доказательства работы в блокчейн
Измените класс Block, включив в него атрибут proof и метод proof_of_work:
Обновлен класс Blockchain для проверки доказательства с помощью функции add_block.
Создание простого API блокчейна с помощью Flask
1. Настройка Flask
Установить Flask:pip install Flask
2. Создание API
Создайте приложение Flask и определите конечные точки для добавления блоков и просмотра блокчейна.
Запуск и тестирование приложения
1. Запуск приложения Flask
Запустите приложение Flask: (в командной строке) python app.py
2. Тестирование с помощью Postman
Добавьте блок: curl -X POST -H “Content-Type: application/json” -d ‘{“data”: “Some data”}’ http://localhost:5000/mine
Просмотреть блокчейн: curl http://localhost:5000/chain
Из приведенных выше комментариев следует, что приложение будет размещено на localhost:5000/chain
Живой пример создания приложения на основе блокчейна
1. Пошаговое выполнение
Ниже представлен полный и актуальный стек всех операций, необходимых для разработки блокчейн-приложения:
