到底什么是区块链，它到底有什么用？看完你就全懂了
新华金典理财
这几天，区块链的话题被炒得火热。A股、美股、港股，好多区块链概念股一片欣欣向荣。
妈：“小新啊，什么是区块链？”
我：“（惊！）......妈，你从哪里听来的区块链。”
妈：“隔壁你蔡姨说他老公在炒什么币，老是喊着区块链balabala，楼上李大哥也喊着区块链创业balabalabala，区块链能卖钱吗？”
我：“妈，区块链很复杂，我下次再解释......”
妈：“你晚饭想吃开水拌面？”
我：“好吧 Σ(っ °Д °;)っ 我想想怎么说。”
有一个同事问我，咱们现在去炒币晚不晚，我说连你这么外围的人都开始动心思要去投机了，这一局短期看当然是风险很大了，有点像是牛市后期，饭桌上全是聊股票，电梯里全在看行情。
我今天搜了一下“区块链”这个关键词的百度指数，果然我的感觉没有错，最近热度爆炸式增长。
号已经达到了有史以来最高指数108728。
虽然大家都在说区块链，但你真的知道区块链吗？真的了解区块链的用途吗？恐怕大多数人的回答是“不”。
那么让我们看下这几个问题：
· 区块链究竟是什么?
· 工作原理是什么?
· 有什么用途？
区块链是什么?
区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法[1] 。
区块链（Blockchain）是比特币的一个重要概念，货币联合清华大学五道口金融学院互联网金融实验室、新浪科技发布的《全球比特币发展研究报告》提到区块链是比特币的底层技术和基础架构[2] 。本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术。区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。
说到区块链，就不得不说比特币。
2008年底，比特币之父中本聪发表了一个关于他研究的电子现金系统的九页白皮书，2009年初，中本聪在位于芬兰赫尔辛基的一个小型服务器上挖出了比特币的第一个区块——创世区块，并将当天泰晤士报头版一则关于救助银行的新闻标题写入创世区块，这也代表着比特币诞生了。
区块链是比特币的底层技术，它可以理解为一种公共记账的机制（技术方案），它并不是一款具体的产品。其基本思想是：通过建立一组互联网上的公共账本，由网络中所有的用户共同在账本上记账与核账，来保证信息的真实性和不可篡改性。而之所以名字叫做“区块”链，顾名思义，是因为区块链存储数据的结构是由网络上一个个“存储区块”组成一根链条，每个区块中包含了一定时间内网络中全部的信息交流数据。随着时间推移，这条链会不断增长。
区块链的原理？
区块链具有去中心化、去信任化、可扩展、匿名化、安全可靠等特点。
去中心化：由于区块链是靠各个节点共同实现系统的维护和保证信息传递的真实性，基于分布式存储数据，而没有某个中心进行集中管理，因此某一个节点受到攻击和篡改不会影响整个网络的健康运作。
这个例子也许可以让你更加清晰的理解“区块链”这一概念，并且抓住“区块链”应该读懂的重点！
在没有微信之前，我们是怎么组饭局的？
所有的人都给一个叫班长的家伙打电话，告诉班长你要参加饭局的信息， 然后班长用个“账本”来记录这些信息，这个叫“中心化账本”。
这个有很多问题，但是在没有微信之前，我们的确大部分时候是这样做的。
但有了微信之后，我们通常用“微信接龙”的方式进行召集和记录。
比如，有个人发了一个帖子召集大家参加饭局，每个人在上一个人的发言后面累加一个序号并加上自己的名字，最后能记录全部的报名人员和人数，如下：
微信组局中的“接龙发帖”，对应在区块链中的概念即“链式数据结构”。
微信组局中的“规则：每个人发帖=上一个帖子内容+下一个编号+自己名字”，对应在区块链中的概念即“共识机制，根据严格规则和公开的协议形成”。
微信组局中的“规则定下来后，大家自发登记”，对应在区块链中的概念即“去中心化，没有任何单一用户能够控制它”。
微信组局中的“在微信群里登记情况”，对应在区块链中的概念即“点对点对等网络”。
微信组局中的“只要联网就能得知最新进展”，对应在区块链中的概念即“博弈机制”。
微信组局中的“为了形成N个人的报名记录，至少要有N个人发N篇帖子，并且群友手机都有存档”，对应在区块链中的概念即“分布式、多点备份、高冗余”。
微信组局中的“每篇帖子大家都能看见，更新的记录是否数字错了，人重复了，每个人都可以检查”，对应在区块链中的概念即“共享账簿”。
微信组局中群里的人大都认识，各有各的名字/代号，在区块链中则“通过非对称加密技术保证陌生人可信”。
区块链都有哪些应用场景？
区块链有三个基本阶段：
区块链1.0阶段，电子货币，包括比特币、瑞波币等等。电子货币阶段可以做最简单的去中心化交易。
区块链2.0时代，也就是我们目前所处在的时代，以区块链为重要标的的阶段，最重要的是智能合约、数字资产还有去中心化的各种商业应用，包括认证、支付等。
区块链3.0阶段，是未来我们希望能够形成的一个完全去中心化的社会网络，如果能够达到这一点，就意味着我们可以以极低的成本形成社会的信任关系，从而使整个社会运行成本大幅下降。
区块链技术一旦走进大众的视野必将带来一种趋势。我们来看看区块链在未来的运用场景吧...
银行金融业：世界经济论坛金融服务行业主管GianCarlo Bruno在该报告声明中说，“区块链技术不再是金融行业的边缘领域，而是会占据核心位置”。该报告估计，全球约有80%的银行将会在明年启动分布式账本项目。
巴克莱银行和以色列一家初创公司日前共同完成了全球首个基于区块链技术的贸易交易。通过区块链技术，传统需要耗时7至10日的交易处理流程被大幅缩短至仅不足4个小时。
在可预见的未来，世界各大银行会在区块链基础上发行加密货币，股权市场会通过区块链加强股权管理，货币、债券、股票的清算也会通过区块链解决方案进行。
商业积分：积分是一种商家为了吸引用户二次消费的营销手段，当前的积分体系下，每个商户都是独立的，商户之间的积分体系也是孤立的，对拥有积分的用户来说，所在商户提供的商品没有兑换欲望，用户积分消费的观念很难形成，积分几乎是没有价值的；对商户来说积分无法带来二次消费，且还需要费时费力建立积分发行与兑换体系，花费巨大却达不到营销的效果。
一家叫摩令技术的公司正在利用其区块链为基础的技术为银联商务提供的积分平台，可以实现“通换、通兑”，帮助用户自由兑换积分合理消费的同时，刺激用户的积分消费欲望，挖掘积分背后所隐藏的经济效益。
投票系统：很多商业机构正在积极的打造区块链投票系统，全球证券交易巨头纳斯达克于今年2月宣布，它正在开发一种基于区块链技术的股东电子投票系统。
纳斯达克首席执行官鲍勃·格雷菲尔德（Bob Greifeld）宣布“我们打算将代理投票放置在区块链上，在这种不可更变的总账系统上，人们可以用自己的手机进行投票，并永远记录于区块链之上。”想象一下，如果今年美国大选运用了区块链技术系统，美国人可能就不太会担心选举舞弊而选择人工重新计票。
能源系统：美国的能源公司 LO3 Energy 与比特币开发公司 Consensus Systems 合作，在纽约布鲁克林Gowanus 和 Park Slope 街区为少数住户建立了一个基于区块链系统的可交互电网平台 TransActiveGrid。
平台上每一个绿色能源的生产者和消费者可以在平台上不依赖于第三方自由的进行绿色能源直接交易。包括碳排放的交易也可以在全世界的网络上进行。
打车服务：uber的出现改变了我们出行方式，但在欧洲很多国家uber是非法的，他们认为uber的出现破坏了出租车的市场规则。
有家创业公司在利用区块链做真正的去中心化拼车，做法就是发明了一种币，司机只要把自己的资源贡献出来就可以获得这一种币，其实就像挖矿一样的。实际上就是这些出租车司机拥有这个公司的股份。理性的解决了uber在欧洲市场面临的问题。
随着区块链技术的日趋成熟，未来的网络安全、银行业、支付转账、选举、股票交易、司法公证等都会用到区块链技术。
当然，区块链的技术发展不会一蹴而就，这些应用场景的真正使用也需要其他各种条件的跟进，包括法律、模式、运营、使用习惯教育等等。
整理：新华金典理财APP
编辑：小新
责任编辑：
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作者认为最快的学习区块链的方式是自己创建一个，本文就跟随作者用Python来创建一个区块链。
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。
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。
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。
如果你还不是很了解哈希，可以查看
环境准备，确保已经安装Python3.6+, pip , Flask, requests
安装方法：
pip install Flask==0.12.2 requests==2.18.4
同时还需要一个HTTP客户端，比如Postman，cURL或其它客户端。
参考（原代码在我翻译的时候，无法运行，我fork了一份，修复了其中的错误，并添加了翻译，感谢star）
开始创建Blockchain
新建一个文件 blockchain.py，本文所有的代码都写在这一个文件中，可以随时参考
Blockchain类
首先创建一个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：
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
def new_transaction(self):
# Adds a new transaction to the list of transactions
@staticmethod
def hash(block):
# Hashes a Block
def last_block(self):
# Returns the last Block in the chain
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。
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：
'index': 1,
'timestamp': .900785,
'transactions': [
'sender': "f5de4b27ee00",
'recipient': "a77f5cdfaa5c7c7da5df1f",
'amount': 5,
'proof': ,
'previous_hash': "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa"
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{% post_link whatbc 区块链技术原理 %}
接下来我们需要添加一个交易，来完善下new_transaction方法
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。
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：
import hashlib
import json
from time import time
class Blockchain(object):
def __init__(self):
self.current_transactions = []
self.chain = []
# Create the genesis block
self.new_block(previous_hash=1, proof=100)
def new_block(self, proof, previous_hash=None):
:param proof: &int& The proof given by the Proof of Work algorithm
:param previous_hash: (Optional) &str& Hash of previous Block
:return: &dict& New Block
'index': len(self.chain) + 1,
'timestamp': time(),
'transactions': self.current_transactions,
'proof': proof,
'previous_hash': previous_hash or self.hash(self.chain[-1]),
# Reset the current list of transactions
self.current_transactions = []
self.chain.append(block)
return block
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
def last_block(self):
return self.chain[-1]
@staticmethod
def hash(block):
生成块的 SHA-256 hash值
:param block: &dict& Block
:return: &str&
# We must make sure that the Dictionary is Ordered, or we'll have inconsistent hashes
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：
from hashlib import sha256
while sha256(f'{x*y}'.encode()).hexdigest()[-1] != "0":
print(f'The solution is y = {y}')
结果是y=21. 因为：
hash(5 * 21) = e...5e
在比特币中，使用称为的工作量证明算法，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。
import hashlib
import json
from time import time
from uuid import uuid4
class Blockchain(object):
def proof_of_work(self, last_proof):
简单的工作量证明:
- 查找一个 p' 使得 hash(pp') 以4个0开头
- p 是上一个块的证明,
p' 是当前的证明
:param last_proof: &int&
:return: &int&
while self.valid_proof(last_proof, proof) is False:
proof += 1
return proof
@staticmethod
def valid_proof(last_proof, proof):
验证证明: 是否hash(last_proof, proof)以4个0开头?
:param last_proof: &int& Previous Proof
:param proof: &int& Current Proof
:return: &bool& True if correct, False if not.
guess = f'{last_proof}{proof}'.encode()
guess_hash = hashlib.sha256(guess).hexdigest()
return guess_hash[:4] == "0000"
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 Flask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Blockchain运行在基于Flask web上。
我们将创建三个接口：
/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
我们的“Flask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：
import hashlib
import json
from textwrap import dedent
from time import time
from uuid import uuid4
from flask import Flask
class Blockchain(object):
# Instantiate our Node
app = Flask(__name__)
# Generate a globally unique address for this node
node_identifier = str(uuid4()).replace('-', '')
# Instantiate the Blockchain
blockchain = Blockchain()
@app.route('/mine', methods=['GET'])
def mine():
return "We'll mine a new Block"
@app.route('/transactions/new', methods=['POST'])
def new_transaction():
return "We'll add a new transaction"
@app.route('/chain', methods=['GET'])
def full_chain():
response = {
'chain': blockchain.chain,
'length': len(blockchain.chain),
return jsonify(response), 200
if __name__ == '__main__':
app.run(host='0.0.0.0', port=5000)
简单的说明一下以上代码：
第15行: 创建一个节点.
第18行: 为节点创建一个随机的名字.
第21行: 实例Blockchain类.
第24–26行: 创建/mine GET接口。
第28–30行: 创建/transactions/new POST接口,可以给接口发送交易数据.
第32–38行: 创建 /chain 接口, 返回整个区块链。
第40–41行: 服务运行在端口5000上.
发送到节点的交易数据结构如下：
"sender": "my address",
"recipient": "someone else's address",
"amount": 5
之前已经有添加交易的方法，基于接口来添加交易就很简单了
import hashlib
import json
from textwrap import dedent
from time import time
from uuid import uuid4
from flask import Flask, jsonify, request
@app.route('/transactions/new', methods=['POST'])
def new_transaction():
values = request.get_json()
# Check that the required fields are in the POST'ed data
required = ['sender', 'recipient', 'amount']
if not all(k in values for k in required):
return 'Missing values', 400
# Create a new Transaction
index = blockchain.new_transaction(values['sender'], values['recipient'], values['amount'])
response = {'message': f'Transaction will be added to Block {index}'}
return jsonify(response), 201
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
import hashlib
import json
from time import time
from uuid import uuid4
from flask import Flask, jsonify, request
@app.route('/mine', methods=['GET'])
def mine():
# We run the proof of work algorithm to get the next proof...
last_block = blockchain.last_block
last_proof = last_block['proof']
proof = blockchain.proof_of_work(last_proof)
# 给工作量证明的节点提供奖励.
# 发送者为 "0" 表明是新挖出的币
blockchain.new_transaction(
sender="0",
recipient=node_identifier,
# 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'],
return jsonify(response), 200
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
启动server:
$ python blockchain.py
* Runing on http://127.0.0.1:5000/ (Press CTRL+C to quit)
让我们通过请求
来进行挖矿
通过post请求，添加一个新交易
如果不是使用Postman，则用一下的cURL语句也是一样的：
$ curl -X POST -H "Content-Type: application/json" -d '{
"sender": "d4ee26eee1cd394edd974e",
"recipient": "someone-other-address",
"amount": 5
}' "http://localhost:5000/transactions/new"
在挖了两次矿之后，就有3个块了，通过请求
可以得到所有的块信息。
"chain": [
"index": 1,
"previous_hash": 1,
"proof": 100,
"timestamp": .770839,
"transactions": []
"index": 2,
"previous_hash": "c099bc...bfb7",
"proof": 35293,
"timestamp": .717925,
"transactions": [
"amount": 1,
"recipient": "8bbcb347ecac7955bae152b",
"sender": "0"
"index": 3,
"previous_hash": "eff91a...10f2",
"proof": 35089,
"timestamp": .1086972,
"transactions": [
"amount": 1,
"recipient": "8bbcb347ecac7955bae152b",
"sender": "0"
"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。
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：
/nodes/register 接收URL形式的新节点列表
/nodes/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：
from urllib.parse import urlparse
class Blockchain(object):
def __init__(self):
self.nodes = set()
def register_node(self, address):
Add a new node to the list of nodes
:param address: &str& Address of node. Eg. 'http://192.168.0.5:5000'
:return: None
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
import requests
class Blockchain(object)
def valid_chain(self, chain):
Determine if a given blockchain is valid
:param chain: &list& A blockchain
:return: &bool& True if valid, False if not
last_block = chain[0]
current_index = 1
while current_index & len(chain):
block = chain[current_index]
print(f'{last_block}')
print(f'{block}')
print("\n-----------\n")
# Check that the hash of the block is correct
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):
共识算法解决冲突
使用网络中最长的链.
:return: &bool& True 如果链被取代, 否则为False
neighbours = self.nodes
new_chain = None
# We're only looking for chains longer than ours
max_length = len(self.chain)
# Grab and verify the chains from all the nodes in our network
for node in neighbours:
response = requests.get(f'http://{node}/chain')
if response.status_code == 200:
length = response.json()['length']
chain = response.json()['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
让我们添加两个路由，一个用来注册节点，一个用来解决冲突。
@app.route('/nodes/register', methods=['POST'])
def register_nodes():
values = request.get_json()
nodes = values.get('nodes')
if nodes is None:
return "Error: Please supply a valid list of nodes", 400
for node in nodes:
blockchain.register_node(node)
response = {
'message': 'New nodes have been added',
'total_nodes': list(blockchain.nodes),
return jsonify(response), 201
@app.route('/nodes/resolve', methods=['GET'])
def consensus():
replaced = blockchain.resolve_conflicts()
if replaced:
response = {
'message': 'Our chain was replaced',
'new_chain': blockchain.chain
response = {
'message': 'Our chain is authoritative',
'chain': blockchain.chain
return jsonify(response), 200
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： 和
pipenv run python blockchain.py
pipenv run python blockchain.py -p 5001
然后在节点2上挖两个块，确保是更长的链，然后在节点1上访问接口/nodes/resolve ,这时节点1的链会通过共识算法被节点2的链取代。
好啦，你可以邀请朋友们一起来测试你的区块链
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