手把手教你用Python开发区块链：代码实战教程

最近领导让我研究一下如何通过以太坊如何发布自己的币种，正好过节放假，先研究一下什么是区块链吧。先把区块链的工作原理搞清楚才不至于迷糊！

区块链是一种分布式账本技术，可以简单理解为一个由多个节点共同维护的“账本”。它的核心特点是去中心化、不可篡改和透明性。所有交易记录被打包成“区块”，并通过密码学技术（如哈希值）连接成“链”。每个区块包含上一个区块的哈希值，确保数据的完整性和不可篡改性。

区块链的特点包括：

• 去中心化：没有单一的控制方，所有节点共同维护账本。
• 透明性：所有交易记录公开透明，任何人都可以查看。
• 安全性：通过加密技术和共识机制确保数据不可篡改。

它的用途非常广泛，适用于需要信任和透明的场景，比如金融交易、供应链管理、投票系统等。简单来说，区块链是一种让陌生人之间无需信任第三方也能安全合作的技术。

一、区块链是如何运行的？

1.1 运行流程

• 交易： 分布式账本的参与者发生交易，导致账本状态的改变
• 区块： 记录一段时间内发生的所有交易和状态结果，重新更新账本状态
• 区块链：区块按时间顺序串联，账本状态变化的精确日志记录，最新区块代表账本的最新状态
  

1.2 账号体系

• 公钥: 区块链世界里的账号
• 私钥: 区块链世界里的密码

传统账户体系中，账户名、密码与对应关系存储在中心化数据库里。验证时，通过比对数据库中的数据来验证中心化数据库有管理员作恶、被攻击盗取等风险。

区块链中随机机生成私钥，通过数学加密曲线生成公钥公钥与私钥存在数学关系，可以直接验证。

通常使用椭圆加密曲线函数：

1.3 记录者（矿工）操作流程

• 收集交易：矿工从交易池收集交易，并组装成一个待验证的区块。
• 寻找随机数：矿工通过不断调整区块头中的随机数（Nonce），计算出区块头的哈希值，试图使其小于网络难度目标。
• 广播区块：一旦找到符合难度要求的随机数，矿工会计算出该区块的所有权和交易费，并广播到全网。
• 验证区块：其他节点接受该区块，并进行验证，确保交易有效、没有双花等问题。
• 达成共识：经过大多数节点验证没有问题后，该区块会被添加到区块链上，交易确认完成。
• 获得奖励：根据该区块中交易数量和费用，系统会向找到该区块的矿工发送一定数量的加密货币作为挖矿奖励。

二、代码示例

2.1 准备工作

一般使用levelDB或couchDB存储区块数据，先安装couchDB

• 下载地址：
  https://couchdb.apache.org/#download

安装好，我们可以通过浏览器操作数据库。

http://127.0.0.1:5984/_utils

2.2 安装python扩展包

# couchdb操作库
pip install couchdb
# 椭圆加密曲线算法库
pip install ecdsa
# 网络时间同步
pip install ntplib

2.3 支撑函数

由于区块链是分布式系统，用户来自世界各地，考虑各地时间不同。使用ntp实现
时间一致。

# utils/helpers.py

from datetime import datetime, timezone
import ntplib

# ntp协议获取服务时间
def get_ntp_time(server="pool.ntp.org", timeout=5) -> datetime:
    client = ntplib.NTPClient()
    response = client.request(server, version=3, timeout=timeout)

    # 转换 NTP 时间戳为 datetime 对象
    return datetime.fromtimestamp(response.tx_time, tz=timezone.utc)

2.4 核心层(core)

核心层主要是区块定义及区块链及交易数据。

区块定义

#core/block.py

import hashlib
import json
from typing import Dict, List


class Block:
    def __init__(
            self,
            index: int,
            timestamp: float,
            transactions: List[Dict],
            previous_hash: str,
            nonce: int = 0
    ):
        self.index = index
        self.timestamp = timestamp
        self.transactions = transactions
        self.previous_hash = previous_hash
        self.nonce = nonce
        self.hash = self.compute_hash()

    def compute_hash(self) -> str:
        block_data = {
   
            "index": self.index,
            "timestamp": self.timestamp,
            "transactions": self.transactions,
            "previous_hash": self.previous_hash,
            "nonce": self.nonce
        }
        return hashlib.sha256(
            json.dumps(block_data, sort_keys=True).encode()
        ).hexdigest(<