Python與Web3.py庫：構建去中心化應用的未來

在區塊鏈的世界里，“去中心化”是最核心的理念之一，它賦予了用戶更多的控制權和自由，消除了傳統中心化系統中的單點故障和信任問題。而在這場技術革命中，Web3.0無疑是最受矚目的趨勢之一。Web3.0的關鍵目標是使互聯網變得更加去中心化、更加智能，并且更加尊重用戶隱私和數據安全。

如果你是開發者或者對區塊鏈感興趣的技術愛好者，你一定會對如何利用代碼來構建去中心化應用（DApp）充滿興趣。今天，我將帶你一起探索如何通過Python和Web3.py庫來構建一個簡單的去中心化應用——它將讓你一窺區塊鏈開發的魅力，理解去中心化應用（DApp）的基本構成和工作原理。

什么是Web3.py？

Web3.py是一個Python庫，它讓我們能夠與以太坊區塊鏈進行交互。通過Web3.py，我們可以與智能合約互動，發送交易，查詢鏈上數據，甚至參與去中心化金融（DeFi）應用的開發。它為Python開發者提供了一個強大的工具，使得構建和與以太坊網絡進行交互變得更加簡單。

Web3.py的主要功能包括：

• 發送交易
• 部署和與智能合約交互
• 讀取和寫入區塊鏈數據
• 管理賬戶、密鑰等

今天，我們將通過一個簡單的示例來學習如何使用Web3.py構建一個去中心化應用（DApp）。

Web3.0應用的構建流程

構建去中心化應用（DApp）通常涉及以下幾個步驟：

1. 與以太坊區塊鏈建立連接：通過Web3.py連接到以太坊網絡（可以是本地的Ganache鏈、測試網絡或主網）。
2. 部署智能合約：在區塊鏈上部署智能合約，智能合約是DApp的核心，它定義了應用的邏輯。
3. 與智能合約交互：通過Web3.py與智能合約進行交互，執行合約中的函數。
4. 前端展示與用戶交互：通常，DApp會有一個前端界面，通過Web3.js（前端JavaScript庫）或其他前端技術，用戶可以在瀏覽器中進行交互。

讓我們從第一個步驟開始，看看如何使用Web3.py連接到以太坊區塊鏈。

安裝Web3.py

首先，我們需要安裝Web3.py庫。如果你還沒有安裝，可以通過以下命令來安裝：

pip install web3

安裝完成后，我們就可以開始編寫Python代碼了。

連接到以太坊區塊鏈

要與以太坊網絡進行交互，我們首先需要連接到一個以太坊節點。這里有兩種常見的方式：

1. 本地節點：你可以使用Ganache等工具在本地運行一個以太坊節點。
2. 遠程節點：你可以連接到像Infura、Alchemy等提供遠程節點服務的服務商。

這里，我們使用Infura提供的節點作為例子。首先，你需要在Infura官網上注冊并創建一個項目，獲取到一個API密鑰。

以下是連接到Infura節點的代碼示例：

from web3 import Web3# 連接到Infura的Rinkeby測試網絡
infura_url = "https://rinkeby.infura.io/v3/YOUR_INFURA_PROJECT_ID"
web3 = Web3(Web3.HTTPProvider(infura_url))# 檢查是否成功連接
if web3.isConnected():print("成功連接到以太坊網絡！")
else:print("連接失敗！")

在代碼中，將YOUR_INFURA_PROJECT_ID替換為你在Infura上獲得的項目ID。運行此代碼，如果成功連接，你將看到“成功連接到以太坊網絡！”的消息。

部署一個簡單的智能合約

有了Web3.py的連接，我們就可以部署智能合約了。這里，我們創建一個非常簡單的智能合約，它包含一個可以存儲和檢索數字的功能。

智能合約代碼（Solidity）

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;contract SimpleStorage {uint256 public storedData;// 設置數據function set(uint256 x) public {storedData = x;}// 獲取數據function get() public view returns (uint256) {return storedData;}
}

將上述代碼保存為SimpleStorage.sol。這個合約定義了一個storedData變量，它可以被設置和讀取。

編譯智能合約

要部署智能合約，我們首先需要編譯它。你可以使用Solidity編譯器（solc）來完成這項任務，或者通過Remix等工具在線編譯。

我們將通過Python和Web3.py來進行合約部署。以下是將合約編譯并部署到以太坊測試網絡的代碼示例：

from web3 import Web3
from solcx import compile_source# 連接到Infura的Rinkeby測試網絡
infura_url = "https://rinkeby.infura.io/v3/YOUR_INFURA_PROJECT_ID"
web3 = Web3(Web3.HTTPProvider(infura_url))# 編譯Solidity智能合約
contract_source_code = '''
pragma solidity ^0.8.0;contract SimpleStorage {uint256 public storedData;function set(uint256 x) public {storedData = x;}function get() public view returns (uint256) {return storedData;}
}
'''
compiled_sol = compile_source(contract_source_code)
contract_id, contract_interface = compiled_sol.popitem()# 獲取合約的ABI和字節碼
abi = contract_interface['abi']
bytecode = contract_interface['bin']# 設置賬戶和私鑰（需要使用自己的賬戶和私鑰）
my_address = 'YOUR_WALLET_ADDRESS'
private_key = 'YOUR_PRIVATE_KEY'# 創建合約對象
SimpleStorage = web3.eth.contract(abi=abi, bytecode=bytecode)# 構造交易字典
nonce = web3.eth.getTransactionCount(my_address)
transaction = SimpleStorage.constructor().buildTransaction({'chainId': 4,  # Rinkeby網絡ID'gas': 2000000,'gasPrice': web3.toWei('20', 'gwei'),'from': my_address,'nonce': nonce,
})# 簽署交易
signed_txn = web3.eth.account.sign_transaction(transaction, private_key)# 發送交易
txn_hash = web3.eth.sendRawTransaction(signed_txn.rawTransaction)# 獲取交易哈希
print(f"部署交易哈希: {txn_hash.hex()}")

這段代碼通過Python將智能合約部署到Rinkeby測試網絡。請注意：

• 在my_address和private_key中替換為你自己的以太坊錢包地址和私鑰。
• 你可以在Rinkeby上申請免費的測試ETH來支付部署智能合約所需的Gas費用。

與智能合約交互

一旦智能合約成功部署，你就可以與它進行交互了。比如，我們可以通過以下代碼調用合約中的set和get方法來設置和讀取數據。

設置數據

# 創建合約實例
contract_address = 'YOUR_CONTRACT_ADDRESS'
simple_storage = web3.eth.contract(address=contract_address, abi=abi)# 調用set方法設置數據
txn = simple_storage.functions.set(42).buildTransaction({'chainId': 4,'gas': 200000,'gasPrice': web3.toWei('20', 'gwei'),'from': my_address,'nonce': web3.eth.getTransactionCount(my_address),
})signed_txn = web3.eth.account.sign_transaction(txn, private_key)
txn_hash = web3.eth.sendRawTransaction(signed_txn.rawTransaction)print(f"交易哈希: {txn_hash.hex()}")

獲取數據

# 調用get方法獲取數據
stored_value = simple_storage.functions.get().call()
print(f"存儲的數據是: {stored_value}")

總結

通過Python和Web3.py，我們成功地與以太坊區塊鏈進行了交互，部署并與智能合約進行了簡單的交互。構建去中心化應用（DApp）并不需要復雜的前端代碼，Python為我們提供了強大的后端支持，使得開發者能夠輕松地與區塊鏈進行交互。