使用 Python 逐步建立區塊鏈應用程式

使用 Python 逐步建立區塊鏈應用程式的貼文首先出現在 Coinpedia 金融科技新聞上

介紹

區塊鏈

區塊鏈是金融和程式設計領域的先驅。它是一項新興技術，由於其關鍵特徵（例如沒有中央機構來管理交易和資料庫的去中心化機制）而受到世界各地的關注。它在透明度和安全性方面可以提供很多幫助。

人們可能想知道區塊鏈到底是什麼。

簡單來說，區塊鏈是指用加密技術將區塊或文件鏈接在一起，就像一條前後通過加密規則連接的數字鏈條，在社區中流通和分發交易，參與節點使用加密機制達成共識並保持完整性。

區塊鏈技術足夠強大，可以抵禦任何數字威脅和故障，因此更適合處理網絡安全風險。

區塊鏈中的 Python

Python 是最具活力和適應性最強的語言。對於任何軟件工程領域，Python 都因其功能而始終是首選。與任何其他語言相比，它的語法簡潔，執行任何函數所需的代碼行數都更少。Python 的簡單語法有利於處理錯誤和缺陷。

Python 擁有豐富的生態系統和多功能庫，可加速您的開發之旅。例如，PyCryptodome 和 Hashlib 等庫提供加密和計算功能，而 Flask 和 Django 等框架可用於 API 和 Web 應用程序界面。而 Brownie 和 Vyper 等庫則用於智能合約部署。

Python 可以集成各種語言，如 C++、Java 和 Javascript，它還支持多種 API 集成。API 集成對於與其他軟件、平臺和框架的協作非常有用。Python 背後有一個龐大的社區，社區擁有值得稱讚的響應式支持系統。有非常有用的開源貢獻和數據科學和分析平臺，使 Python 獨一無二。

觀衆

現在真正的問題是如何使用 Python 開發區塊鏈應用程序。

不用擔心！這篇文章是你的助手。在這裏我們專注於區塊鏈中 Python 的使用和集成。所有嶄露頭角的開發人員都可以通過這篇文章開始他們的旅程。

擔心設置和配置管理不完美？我們幫你搞定！讓我們深入探索使用 Python 構建區塊鏈應用程序的迷人世界。

設置開發環境

在開始開發之前，滿足所有先決條件至關重要。在本節中，我們將引導您完成整個過程。

在配置方面，Python 具有最簡單的設置過程。

讓我們詳細地看一下：

安裝 Python

• 訪問官方網站並下載最新的 Python 版本：https://www.python.org/downloads/

• 根據您的操作系統下載（Windows、MacOS、Linux）

• 它帶有 Python 啓動器，因此請查看安裝指南 - 這將在您的系統上安裝 Python。

使用命令行（命令提示符或終端）中的 python –version 或 python3 –version 驗證安裝。

注意：請確保安裝最新版本的 Python-3.12，如果需要特定的實用程序，則只能使用較低版本。

選擇 IDE

在系統上安裝完 Python 後，下一步要注意的就是選擇正確的開發環境。這是一個非常重要的步驟，因爲選擇一個合適的、沒有任何配置差異的 IDE 是你所有未來項目的基礎。

主要有兩個 IDE：

PyCharm：Pycharm 由 JetBrains 開發，是 Python 最流行的 IDE。Pycharm 擁有廣泛的工具來提高您作爲開發人員的工作效率。

它提供各種功能，例如智能代碼完成，可以根據函數實時完成代碼模板。Pycharm 在調試工具方面確實很有魅力。它爲您提供了多種選項，例如單步執行代碼、逐步執行整個代碼、添加多個斷點以查看代碼的哪一部分出現錯誤，以及一個控制檯，用於運行代碼的較小部分以及變量檢查。

設置Pycharm的步驟：

• 訪問官方網站並下載 PyCharm：

• https://www.jetbrains.com/pycharm/download/?section=mac

• 現在按照彈出的說明進行操作。

• 安裝完成後，啓動 Pycharm 並配置您的項目和 Python 解釋器，如下所示：

文件→設置→項目→您的項目→項目解釋器並選擇您之前安裝的適當的 Python 版本。

Jupyter Notebook：Jupyter Notebook 是一個在線 IDE（Web 應用程序）。除了 Python，它還用於文本編輯。Jupyter Notebook 及其擴展程序可以遠程在 VSCode 上運行。

設置 Jupyter Notebook 的步驟：

• 打開命令行界面：運行命令 pip install notebook

• 通過命令啓動Jupyter Notebook：jupyter notebook

安裝所需的庫

以下是一些可以增強你的區塊鏈開發體驗的庫：

• Flask：Flask 是一個 Python 框架，用於構建 Web 應用程序和 RESTful API。在區塊鏈中，它可用於創建儀表板和 DApps 界面等 Web 界面。

  • 安裝 Flask：pip install Flask

• Requests：Requests 是一個用於處理和發送 HTTP 請求和響應的 HTTP 庫。在區塊鏈中，Requests 可用於連接區塊鏈網絡並進行查詢。

  • 安裝請求：pip install request

• Pysha3：Pysha3 是最重要的庫，用於 SHA-3 哈希算法，如 SHA3-256 和 SHA3-512。哈希是區塊鏈技術的一個寶貴方面，有助於其完整性和安全性。

  • 安裝 pysha3：pip install pysha3

• Web3.py：Web3.py 是使用率很高的庫中的佼佼者，具有多種功能，例如與智能合約交互、查詢區塊鏈數據和發送交易。Web3 是一個基於以太坊的庫，可用於管理交易。

  • 安裝 web3.py：pip install web3

• Pycryptodome：Pycryptodome 是一個功能齊全的 Python 低級加密功能包。該庫提供安全性和數據完整性功能，如散列、加密、解密和其他加密操作。

  • 安裝 pycryptodome：pip install pycryptodome

• Pandas：Pandas 是一個強大的數據分析和操作庫，它具有一組數據結構和函數，可用於分析和可視化區塊鏈和交易記錄。

  • 安裝 pandas：pip install pandas

• SQLAlchemy：SQL 是一個數據庫，SQLAlchemy 是一個具有 Python 對象關係映射的 SQL 工具包。它支持數據庫操作和與高級抽象的交互。區塊鏈本身就是一個分佈式數據庫，該庫將用於管理和查詢關係數據庫並存儲交易記錄以及用戶憑證。

  • 安裝 SQLAlacemy：pip install SQLAlchemy

• Numpy：Numoy 是 Python 中廣泛使用的庫，適用於各種應用程序。它可用於任何數值運算，並支持數組、矩陣等數學實體以及對它們的一系列函數和運算。在區塊鏈中，Numpy 可用於處理和模擬交易記錄並計算邏輯算法。

  • 安裝 Numpy：pip install numpy

理解區塊鏈概念

如果我們打個比方來理解區塊鏈，它就像存儲在多個地方的歷史數據庫，所有地方都同等重要，沒有任何一個實體主導網絡。

如果你深入研究並理解區塊鏈結構，它看起來像這樣：

區塊（交易）——–***鏈***——-區塊。

它有三個組成部分：

• 區塊：區塊是保存信息或交易的單元。區塊存儲特定交易的列表。可以創建區塊，或者我們可以說可以使用各種共識機制來挖掘區塊。每個區塊都有自己的一組唯一標識符，也稱爲哈希。哈希技術可用於加密區塊中的數據。

• 交易：交易是區塊鏈網絡中跨不同貨幣的數據貨幣交換。交易詳細信息與一組稱爲共識的協議一起存儲在一個區塊中。

• 鏈：衆所周知，區塊鏈類似於鏈表，其區塊之間有連接。這些鏈接也稱爲鏈。由於鏈表中的每個指針都通過所有鏈接連接，因此區塊也是如此。這些是一系列由前一個區塊的哈希值連接的區塊，這確保了區塊鏈的數據完整性和安全性得到維護。更改的目的不僅僅是作爲前一個區塊和下一個區塊之間的鏈接，而且還提供鏈接以及哈希值和加密原理。

去中心化、不變性和共識機制的重要性：

• 去中心化：去中心化是區塊鏈最重要的特性。在這種機制中，沒有任何一個實體可以控制整個數據庫，從而防止區塊鏈系統因任何差異而發生故障。由於去中心化，幾乎不可能出現有偏見的系統。設備中的每個參與者都保留區塊鏈的副本，這確保了透明度並抑制了中心化故障或操縱。

• 不可篡改：一旦數據被寫入區塊鏈，就無法更改，除非更改所有後續區塊。更改區塊鏈中的所有後續區塊需要耗費大量計算資源，而且效率極低，最終會導致失敗。對任何區塊的更改都需要通過加密哈希進行。因此，一旦完成所有更改，就無法撤消，從而使區塊鏈不可篡改。

• 共識機制：一套管理區塊鏈所有必需品的協議。網絡中的所有節點都需要就方法達成一致。共識機制用於簡化節點並確保網絡中的所有節點都在同一頁面上。

構建一個簡單的區塊鏈

創建塊類

在上面的代碼中，我們爲所有屬性定義了一個Block類。

區塊結構：

• 索引：索引是一個整數，表示區塊在區塊鏈中的位置。索引有助於識別區塊鏈的順序。

• Genesis區塊是index=0的初始區塊。

• 時間戳：時間戳以字符串的形式存儲創建塊的實例。這有助於維護塊的記錄，例如塊何時被挖掘或添加到區塊鏈。

• 交易：這些表示爲交易對象的向量，其中每個交易代表參與者之間的數據或價值的轉移。存儲塊中包含的所有交易。

• 前一個哈希和哈希：前一個哈希存儲前一個塊的加密哈希，而哈希是一串混亂或散列的加密信息。

我們使用SHA3-256方法來計算該塊的哈希值。

創建區塊鏈類

定義一個區塊鏈類來管理鏈和添加新塊的方法。

在上面的代碼示例中，genesis block（創世塊）是區塊鏈中的第一個塊，get_latest_block（獲取最新塊）返回最新塊，add_block（添加新塊）。

實施工作量證明

共識算法是參與者在網絡中添加區塊和創建新區塊時需要達成一致的規則。有以下各種機制：

權益證明：這是基於驗證者準備擁有的權益。創建或驗證區塊所獲得的權益越高，驗證者被選中的可能性就越大。

工作量證明：工作量證明最早在比特幣中引入，從那時起，它就被廣泛採用爲安全機制之一。在 PoW 中，參與者相互競爭以解決困難的加密難題。工作量證明有幾個步驟：

• 創建區塊：礦工收集要執行的交易並將其添加到區塊中

• 對塊進行哈希處理：首先，礦工指定一個隨機數，然後將其通過加密函數，並使用唯一標識符對黑色進行哈希處理。

• 挖礦：挖礦就是反覆改變隨機數以找到滿足網絡難度要求的完美哈希值。

• 廣播區塊：一旦獲得有效的哈希值，礦工就會將該區塊廣播到網絡中，然後其他參與者對其進行驗證。

• 將區塊添加到區塊鏈：如果發現區塊有效，則將其添加到區塊鏈，並且礦工將獲得獎勵。

• 調整難度：網絡定期調整 PoW 難題的難度，以確保儘管總計算能力發生變化，但仍能以一致的速率挖掘區塊。

其他：還有其他算法，例如 DPos（也稱爲委託權益證明），其中代表是通過選舉產生的，另一個是拜占庭容錯（PBFT）。

向區塊鏈添加工作量證明

修改 Block 類以包含 proof 屬性和 proof_of_work 方法：

更新了區塊鏈類，以通過 add_block 函數驗證證明。

使用 Flask 創建簡單的區塊鏈 API

1.設置Flask

安裝 Flask：pip install Flask

2. 構建 API

創建一個 Flask 應用程序並定義用於添加塊和查看區塊鏈的端點。

運行並測試應用程序

1.運行Flask應用程序

運行 Flask 應用程序：（在命令行中）python app.py

2.使用 Postman 進行測試

添加一個塊：curl -X POST -H “Content-Type: application/json” -d ‘{“data”: “Some data”}’ http://localhost:5000/mine

查看區塊鏈：curl http://localhost:5000/chain

從以上評論來看，該應用程序將託管在 localhost:5000/chain

構建區塊鏈應用程序的實例

1. 逐步執行

下面給出了開發區塊鏈應用程序所涉及的所有操作的實時完整堆棧：