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》。
美国国会成员置评美联储CBDC报告：美联储未能表明其如何保护数据:1月21日消息，美国国会参议院共和党成员Toomey置评美联储央行数字货币（CBDC）报告：美联储未能表明其如何保护数据，这让人深感担忧。[2022/1/21 9:03:35]
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。
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。
《“区块链+”如何重构内容产业生态》获第三十一届中国新闻奖三等奖:金色财经报道，人民日报（2021年11月08日 第?17版）发布第三十一届中国新闻奖获奖作品目录，《“区块链+”如何重构内容产业生态》获第三十一届中国新闻奖三等奖，刊播单位：新闻与写作?，报送单位：北京记协。[2021/11/8 6:37:41]
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：
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：
“比特币是如何制造出来的”排名微博热搜榜第29位:微博热搜显示，“比特币是如何制造出来的”排名微博热搜榜第29位。[2021/5/21 22:28:16]
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：
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。
声音 | 陈建奇：区块链应用还在于如何构建让区块链技术有效运行的机制:据人民日报无线新媒体报道，中共中央党校国际战略研究所世界经济室副主任陈建奇指出，区块链最核心的创新在于解决信任问题，非对称加密是区块链技术基础。区块链应用不仅在于技术，还在于如何构建让区块链技术有效运行的机制。他强调，区块链技术进步面临的挑战也不容低估：一是量子计算的发展对加密技术的冲击；二是区块链技术在货币金融领域的应用与有效监管的问题；三是用户规模的问题，不同应用的用户不足以认证；四是不同应用区块链平台之间的对接问题。[2019/12/29]
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：
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。
声音 | 新加坡金管局高管：金管局正在研究如何通过监管应对加密货币带来的风险:据Finance Magnates消息，新加坡金融管理局（MAS）高管Damien Pang在本周四举行的年度金融科技联合大会上表示，许多监管机构和行业人士呼吁以自上而下的方式对加密货币行业进行监管。金管局正在研究加密货币带来的风险，以及如何通过监管来予以应对。 Pang称：“我们绝对需要监管加密货币，这是为了正确应对风险。例如使用加密货币为恐怖主义融资等，这是我们需要解决的问题。因此，问题不在于加密货币是否应该受到监管，而是关于（区块链）技术所带来的风险，以及我们如何在不对整个加密货币行业一网打尽的情况下，试图减轻这些风险。”[2019/6/27]
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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