作者|arjunaskykok
整理|Aholiab
出品|区块链大本营
根据IEEE此前的一项调查，Python已成为最受开发者欢迎的语言之一。由于其对于技术小白天然友好的特性，以及不断更新的新功能。Python越来越受到国内外开发者的喜爱。越来越多被用于独立、大型项目的开发开始使用Python。
20世纪90年代初荷兰人GuidovanRossum为了打发圣诞节的无趣，决心开发一个新的脚本解释程序，作为ABC语言的一种继承。
之所以选中Python作为该编程语言的名字，是取自英国20世纪70年代首播的电视喜剧《蒙提.派森的飞行马戏团》。
Roger Ver将与国家元首探讨如何使比特币现金成为主权国家的官方货币:5月31日消息，Roger Ver声称，将与国家元首见面讨论如何使比特币现金成为主权国家的官方货币。 有分析师发布了来自Discord频道的帖子屏幕截图，该帖子的用户名作者为“ rogerver”。随后比特币现金联盟的subreddit / r / BTC的成员声称已确认该作者即是Roger Ver，即“比特币耶稣”（Beincrypto）[2020/5/31]
对于区块链开发者来说，Python也是十分实用的语言之一。今天，我们就Python开发一个简单的区块链数据结构。
在这篇文章中，一方面我们会对区块链数据结构的基本概念进行讲解，例如哈希的工作原理，另一方面，也会以实际代码来构建一个区块链基本的数据结构，让你对区块链和Python的基础有个基本的理解。
说不多说，下面就进入正题！
从哈希函数说起
在区块链中，数据结构是十分重要的基本组成部分，尤其是比特币。虽然单一的数据结构无法构建成加密数字货币，但理解数据结构对于理解区块链的基本原理是非常有益处的。
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但在讲数字结构之前，我们还是先从哈希讲起，以比特币的SHA-256哈希函数为例，讲讲如何利用Python去实现哈希的运算。
哈希函数，又称散列算法，是一种从任何一种数据中创建小的数字“指纹”的方法。散列函数把消息或数据压缩成摘要，使得数据量变小，将数据的格式固定下来。该函数将数据打乱混合，重新创建一个叫做散列值的指纹。散列值通常用一个短的随机字母和数字组成的字符串来代表。
对于任意长度的消息，SHA256都会产生一个256bit长的哈希值，称作消息摘要。
这个摘要相当于是个长度为32个字节的数组，通常用一个长度为64的十六进制字符串来表示。
来看一个例子：
这句话，经过哈希函数SHA256后得到的哈希值为：
现场 | 独立数字经济学者刘志毅：区块链经济的内核在于如何建立新的秩序:金色财经现场报道，在今日举办的第六届中国创业者大会区块链技术与应用峰会上，独立数字经济学者刘志毅提到，区块链思想的核心是信息，区块链经济的内核在于如何建立新的秩序。他认为，我们应当建立对思想演变本质的认识，对技术演化与文明关系的认识以及对信息技术革命本质的认识。[2018/7/19]
说回SHA-256，说白了，它就是一个哈希函数。那么我们如何用Python来实现呢？下面代码展示了用Python实现「helloworld」的过程：
看到这里你可能会问，SHA-256中的「256」究竟是什么意思？哈希算法是一个将任意文本转换为一个256位随机二进制字符串的过程。在上面的例子中，「helloworld」是一个11位的字符，经过哈希运算以后，变成了这样的一串字符：
b94d27b9934d3e08a52e52d7da7dabfac484efe37a5380ee9088f7ace2efcde9
同样，即使我的文本长度不是11位，生成的字符数也是一样的。例如：
行情 | 救赎说币：WFEE最好不要买入，不管外界如何利好:据救赎分析，WFEE走势图可以看出，下跌之后，一直横在那里，然后后面一波上涨涨幅1.3倍左右，接着再高点跌下来7倍。无论官方怎么发文也好，外界怎么利好也好，这币没有做市值管理，如果有，就不会跌那么惨，也不会横盘那么久。所以这个币种坚决不能买入。币圈没有底线，更没有下限。技术分析来说，买盘不强，但是卖盘也几乎没有。但是卖盘只是暂时没有，项目方还是手里有币的。但是买盘没有就真的没有了。[2018/7/16]
在上面例子中，「Iamthebestpresident.Ever.」，哈希运算之后的字符串一样为64位。就算输入的文本是100位，哈希运算后的字符位数也是64位。
之所以这样，是因为字符是16进制的，如果我们把这样的字符串转换为2进制，那么就会得到一个256位的2进制字符串。如下图所示：
郭宇航谈区块链和数字货币项目如何规避政策风险：做到三个点:日前在“2018洪泰春分大会”上，谈及到区块链未来到底能做什么，星合资本董事长、点融创始人郭宇航，作为业内知名区块链专家，他表示：“区块链在金融、存证、版权、游戏、未来万物上链等方面容易落地，最终是要让全世界的机器走向共识。以及关于区块链和数字货币项目如何规避政策风险？郭宇航认为就三点，一是不要渉众，二是服务实体，三是拥抱监管。”[2018/3/22]
这就是SHA-256中，256这个数字的由来。
接下来我们就来看看哈希算法有哪些特征。哈希的特征之一就是「无冲突原则」。这个原则是指要得到一个256位的2进制字符串，显然有不止一个输入可以做到。
因为256位的输出长度是固定的，但输入的长度却没有限制，所以输入的范围要远大于输出，只要能够穷尽输入，就有可能得到2个一样的256位的输出。
话虽如此，不过要找到这样两个输入的难度却很大。即使是输入上改动了一点，输出的结果都会完全不同。如下图所示：
所以，想要找到2中一样的输出的唯一方法，是穷尽所有的字幕、数字组合，这几乎无法做到。几率为2的256次方。
这是个多大的数字？展开来就是酱婶儿的：
115792089237316195423570985008687907853269984665640564039457584007913129639936
几乎相当于10的77次方。这是个什么概念？在460亿光年的宇宙内，可见的原子数量也只有10的78次方。这个数字几乎相当于宇宙内的原子数量！
要运算这个数字需要多长时间？以英伟达Geforce1080Ti显卡，浮点运算11.3的算力来运算，每个哈希需要运算3000次，以每秒钟3766666666个哈希的速度来运算，找到两个相同的哈希运算结果，需要计算2的128次方个哈希。地球上所有的人一起计算，需要的时间如下：
这比地球存在的实时间都要长。
用Python创建第一个区块
了解了什么是哈希，我们接着就来说说什么是区块。实际上，区块链就是一个互相连接的序列。我们接下来创建第一个区块，也称为「创世区块」。代码如下所示：
区块链中会包含交易，交易很好理解，就是谁转了多少钱给谁。我们把区块进行序列，这样它就可以进行哈希运算：
这样，我们就得到了另一个区块，我们姑且称它为「区块2」：
再对区块2进行哈希运算：
得到了「区块3」。
再对区块3进行哈希运算，得到了「区块4」。
这样一来，想要确定区块上的数据没有被篡改，我只需要检查最后一个区块的哈希就行了。而不是从创世区块开始检查。这一原理也杜绝了区块链上数据被攒该的可能。
通过以上代码，可以得到下面结果：
这样，用Python实现简单的区块链开发的演示就结束了。Python是一门强大的语言，区块链是一个强大的信用工具，这两者结合，势必能创造出新的可能性。
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