Hướng dẫn blockchain python example
Show
Trong bài hướng dẫn ngày hôm nay chúng ta sẽ đi từ những bước đầu tiên để xây dựng lên một mạng blockchain đơn giản bằng ngôn ngữ python. Giúp chúng ta sẽ có cái nhìn tổng quát nhất về cách thức một blockchain hoạt động. Bằng cách sử dụng microframework Flask để tạo ra các điểm endpoint, sau đó chạy trên nhiều máy để tạo một mạng phi tập trung. Chúng ta sẽ học cách xây dựng một giao diện người dùng đơn giản để tương tác với blockchain và lưu trữ thông tin cho mọi trường hợp sử dụng, chẳng hạn như thanh toán ngang hàng, trò chuyện hoặc thương mại điện tử. Mục tiêu là sẽ xây dựng một ứng dụng cho phép người dùng chia sẻ thông tin bằng cách đăng các bài post. Nội dung sẽ được lưu trữ trên blockchain, nên nó sẽ không thể thay đổi và tồn tại vĩnh viễn. Người dùng sẽ tương tác với ứng dụng thông qua một giao diện web đơn giản. Chúng ta sẽ sử dụng cách tiếp cận từ dưới lên. Bắt đầu bằng cách xác định cấu trúc dữ liệu mà chúng tôi sẽ lưu trữ trong blockchain. Mỗi bài post sẽ bao gồm ba yếu tố cần thiết:
Sau đây chúng ta sẽ đi luôn vào các bước thực hiện: Lưu trữ các giao dịch trong các blocksỞ đây chúng ta sẽ lưu trữ theo định dạng được sử dụng rộng rãi đó là JSON. Và dưới đây là những gì một bài post sẽ được lưu trữ trong blockchain:
Thuật ngữ Các transaction sẽ được đóng gói thành block. Một block có thể chứa một hoặc nhiều transaction. Các blocks chứa các transactions được tạo thường xuyên và được thêm vào blockchain. Do có nhiều blocks nên mỗi block sẽ có một
Thêm chữ ký số vào các blocksĐể ngăn các dữ liệu giả mạo được lưu trữ trên bên trong các blocks và để phát hiện ra điều này chúng ta sẽ sử dụng hàm băm. Hàm băm là một hàm lấy dữ liệu có kích thước bất kỳ và tạo ra dữ liệu có kích thước cố định, thường được sử dụng để xác định dữ liệu đầu vào. Hàm băm lý tưởng thường có những đặc điểm sau là:
Kết quả của những tính chất trên là:
Có nhiều hàm băm phổ biến khác nhau. Đây là một ví dụ trong Python ta sử
dụng hàm băm
Chúng ta sẽ lưu trữ giá trị băm của khối vào một trường bên trong đối tượng
Nối các blocks thành chain(chuỗi)Chúng ta cần một cách để đảm bảo rằng bất kỳ thay đổi nào trong các blocks trước đó sẽ làm mất hiệu lực toàn bộ chain. Cách làm của Bitcoin là tạo ra sự phụ thuộc giữa các khối liên tiếp bằng cách xâu chuỗi chúng với giá trị băm của block ngay
trước. Có nghĩa là sẽ lưu giá trị băm của block trước đó trong block hiện tại khi thêm mới vào một trường có tên là Sẽ có câu hỏi: vậy còn block đầu tiên thì sao? block đó được gọi là block genesis và nó có thể được tạo thủ công hoặc thông qua một số logic nào đó.
Bây giờ, nếu nội dung của bất kỳ khối nào trước đó thay đổi:
Cuối cùng, toàn bộ chain theo khối thay thế bị vô hiệu và cách duy nhất để khắc phục là tính toán lại toàn bộ chain. Triển khai thuật toán Proof-Of-Work(Bằng chứng công việc)Dù vậy vẫn có một vấn đề đó là giá trị băm của tất cả các block tiếp theo có thể được tính lại khá dễ dàng để tạo ra một blockchain khác hợp lệ. Để ngăn chặn điều này, chúng ta có thể khai thác tính bất đối xứng của hàm băm mà chúng ta đã thảo luận ở trên để thực hiện nhiệm vụ tính toán giá trị băm khó khăn và ngẫu nhiên hơn. Điều này có nghĩa là: Thay vì chấp nhận bất kỳ giá trị băm nào cho block, chúng ta thêm một số ràng buộc cho nó. Hãy thêm một ràng buộc rằng giá trị băm của chúng ta sẽ bắt đầu bằng n các số 0 phía trước trong đó n là số nguyên dương. Ở đây ta sẽ thêm một số dữ liệu giả mà ta có thể thay đổi. Ta sẽ thêm một trường mới là trường nonce . Số nonce là một số mà chúng ta có thể tiếp tục thay đổi cho đến khi chúng ta có được một hàm băm thỏa mãn ràng buộc. Việc nonce thỏa mãn các ràng buộc đóng vai trò là bằng chứng cho thấy một số tính toán đã được thực hiện. Kỹ thuật này là phiên bản đơn giản hóa của thuật toán Hashcash được sử dụng trong Bitcoin. Số lượng số 0 được chỉ định trong ràng buộc xác định độ khó của thuật toán PoW (số lượng số 0 càng lớn, càng khó để tìm ra nonce). Ngoài ra do tính bất đối xứng nên Proof-of-work(PoW) khó tính toán nhưng rất dễ xác minh một khi bạn tìm ra nonce (bạn chỉ cần chạy lại hàm băm):
Thêm block vào ChainĐể thêm một block vào chain, trước tiên chúng ta phải xác minh rằng:
MiningCác transactions ban đầu sẽ được lưu trữ dưới dạng một nhóm các transactions chưa được xác nhận. Quá trình đưa các transactions chưa được xác nhận vào một block và tính toán POW được gọi là Mining các blocks. Khi nonce thỏa mãn các ràng buộc được tìm ra, chúng ta có thể nói rằng một block đã được mined và nó có thể được đưa vào blockchain. Trong hầu hết các loại tiền điện tử (bao gồm Bitcoin), những người miners có thể được trao một số tiền điện tử như một phần thưởng cho việc sử dụng sức mạnh tính toán của họ để tính toán POW. Đây là function mining:
Ok đây là code của phần xửa lý: source code Tạo giao diệnPhần này chúng ta sẽ tạo giao diện cho node blockchain để tương tác với ứng dụng chúng ta vừa xây dựng. Ở đây sẽ sử dụng một microframework Python phổ biến được gọi là Flask để tạo API REST tương tác và gọi các actions khác nhau trong node blockchain của chúng ta. Nếu bạn đã từng làm việc với bất kỳ framework web nào trước đây, code dưới đây sẽ không khó theo dõi.
Chúng ta cần một route để ứng dụng có thể tạo mới một transaction và ở đây chính là bài post
Sẽ có một route trả về bản sao của chain. Và route này ứng dụng sẽ sử dụng để để truy vấn tất cả dữ liệu cần hiển thị:
Còn đây là route để gửi một request yêu cầu mine - xác thực các transaction chưa được xác thực(nếu có). Chúng ta sẽ sử dụng nó để bắt đầu một lệnh mine từ chính ứng dụng của chúng ta:
Thiết lập cơ chế đồng thuận và phân tánCó một vấn đề blockchain mà chúng ta đã triển khai đang chạy trên một máy tính. Mặc dù chúng ta đã liên kết các block bằng giá trị băm và áp dụng POW thì vẫn không thể tin tưởng vào một thực thể duy nhất (trong trường hợp ở đây là một máy duy nhất). Chúng ta cần dữ liệu được phân tán tức cần nhiều node để duy trì blockchain. Vì vậy, để chuyển từ một node đơn sang mạng ngang hàng, trước tiên chúng ta hãy tạo một cơ chế để cho một node mới có thể biết về các peers(đồng nghiệp) khác trong mạng:
Một node mới tham gia vào mạng có thể gọi hàm
Tuy nhiên có một vấn đề với nhiều node do thao tác có chủ ý hoặc lý do vô ý (như độ trễ mạng), bản sao của chain một vài nút có thể khác nhau. Trong trường hợp đó các node cần phải đồng ý với một số phiên bản của chain để duy trì tính toàn vẹn của toàn bộ hệ thống. Nói cách khác, chúng ta cần đạt được sự đồng thuận. Một thuật toán đồng thuận đơn giản có thể đồng ý với chain hợp lệ dài nhất khi các chain của các node tham gia trong mạng xuất xuất hiện rẽ nhánh. Lý do đằng sau phương pháp này là chain dài nhất chứng tỏ số lượng công việc được thực hiện nhiều nhất (hãy nhớ PoW rất khó tính):
Tiếp đến chúng ta cần phát triển một cách để bất kỳ node nào thông báo cho mạng rằng nó đã mining ra một block để mọi người có thể cập nhật blockchain của họ và chuyển sang mining các block khác. Các node khác có thể chỉ cần xác minh PoW và thêm block mới được khai thác vào chain tương ứng của mình (hãy nhớ rằng việc xác minh là dễ dàng khi biết được nonce):
Hàm
Xây dựng ứng dụng webVậy là máy chủ blockchain đã được thiết lập. Bạn có thể thấy source code ở đây. Bây giờ là lúc bắt đầu phát triển giao diện của ứng dụng web. Chúng ta đã sử dụng template Jinja2 để hiển thị các view và một số CSS để làm cho mọi thứ trở nên đẹp mắt. Ứng dụng cần kết nối với một node trong mạng blockchain để tìm nạp dữ liệu và cũng để gửi dữ liệu mới.
Hàm
Ứng dụng có một biểu mẫu HTML để nhập đầu vào của người dùng và sau đó thực hiện request POST đến node được kết nối để thêm transaction vào nhóm transactions chưa được xác nhận. Transaction sau đó được mining bởi mạng và cuối cùng được tìm nạp sau khi reload trang:
Chạy ứng dụngĐến đây chúng ta đã hoàn thành! source code Cìa đặt:
Chạy một node blockchain trên cổng 8000
chạy ứng dụng web:
Ứng dụng sẽ chạy tại http://localhost:5000 . Chạy nhiều nodeTa sẽ chạy nhiều node bằng cách chạy trên các cổng khac nhau. Vả sử dụng
Bạn có thể chạy ứng dụng ( python run_app.py) và tạo transaction(đăng bài qua giao diện web) và khi bạn mined các transaction, tất cả các node trong mạng sẽ cập nhật chain. Và các node cũng có thể được kiểm tra bằng cách gọi bằng cURL hoặc Postman.
Authenticate transactionsBạn có thể đã nhận thấy một lỗ hổng trong ứng dụng là: Bất kỳ ai cũng có thể thay đổi name và post bất kỳ content nào. Ngoài ra post dễ bị giả mạo trong khi gửi transaction lên mạng blockchain. Một cách để giải quyết điều này là tạo ra tài khoản người dùng, bằng mật mã khóa công khai . Mỗi người dùng mới cần một public key và private key để có thể đăng post trong ứng dụng:
kết luậnHướng dẫn này bao gồm các nguyên tắc cơ bản của một Public blockchain. Nếu bạn đã theo dõi đến đấy thì giờ bạn đã có thể triển khai một blockchain từ đầu và xây dựng một ứng dụng đơn giản, cho phép người dùng chia sẻ thông tin trên blockchain. Mong rằng bài viết sẽ đem lại cho các bạn những kiến thức bổ ích rất vui và hẹn gặp lại ở những bài viết tiếp theo. Nguồn: https://developer.ibm.com/tutorials/develop-a-blockchain-application-from-scratch-in-python/ |