1. 什么是区块链
区块链是一种去中心化的分布式数字分类帐技术，由一系列的区块（block）组成，这些区块使用密码学链接在一起，形成了不可篡改的链式结构。简单来说，区块链是一个分布式数据库，在这个数据库中，每个节点（node）都有拥有数据的一份完整副本。当有新的记录加入时，所有节点都会自动验证这个记录，并且将其添加到自己的副本中。
2. 为什么要使用Python构建区块链应用
Python是一种高级编程语言，它具有简单易学、可读性强、语法简洁等特点，并且有着丰富的第三方库和生态系统。因此，使用Python编写区块链应用可以大大提高开发效率，使得开发者能够更加专注于应用本身的开发。
3. Python实现的区块链应用框架
3.1. 区块链基本结构
首先，我们需要定义一个区块(Block)类，每个Block对象都会包含一些基本信息，例如交易信息、时间戳、哈希值等等。
import hashlib
import json
class Block:
def __init__(self, transactions, timestamp, previous_hash=''):
self.transactions = transactions
self.timestamp = timestamp
self.previous_hash = previous_hash
self.nonce = 0
self.hash = self.calculate_hash()
def calculate_hash(self):
block_string = json.dumps(self.__dict__, sort_keys=True).encode()
return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()
在上面的代码中，我们使用Python的hashlib库实现了一个SHA-256哈希函数，同时使用json序列化类将Block对象转换为字符串，保证了Block对象的不可修改性。
3.2. 区块链链结构
接下来，我们需要实现一个Blockchain类，来管理Block对象的链式结构。
class Blockchain:
def __init__(self):
self.chain = [self.create_genesis_block()]
def create_genesis_block(self):
return Block("0000", "01/01/2019", "Genesis Block")
def get_last_block(self):
return self.chain[-1]
def add_block(self, new_block):
new_block.previous_hash = self.get_last_block().hash
new_block.hash = new_block.calculate_hash()
self.chain.append(new_block)
在上面的代码中，我们定义了一个Blockchain类，包含了一些方法，例如创建创世块、添加新块、获取链的最后一个块等等。通过这个类，我们可以实现一个完整的链式结构，每个Block对象都会通过previous_hash属性指向上一个Block对象。
3.3. 工作量证明(Proof of Work)
区块链的核心特性之一就是去中心化，这意味着没有中心化的机构来维护链的安全性。为了保证该链具有安全性，我们需要引入一个机制，这种机制可以让节点来投入自己的算力来验证新的Block是否正确。
class Blockchain:
# ...
def proof_of_work(self, block, difficulty=4):
block.target = '0' * difficulty
while block.hash[:difficulty] != block.target:
block.nonce += 1
block.hash = block.calculate_hash()
return block.hash
在上面的代码中，我们定义了一个proof_of_work方法，该方法需要接收一个Block对象作为参数，并且设置一个困难度(difficulty)参数。在proof_of_work方法中，我们设置了一个target，即一个目标值，这个值的大小由困难度参数来控制。根据工作量证明的原理，我们需要不断调整Block对象的nonce值，来不断计算新的哈希值，直到生成的哈希值符合目标值。这是一个非常耗时的计算过程，需要借助网络上的多个节点来完成。
3.4. 区块链交易
区块链中最基本的操作就是交易，这是区块链技术的核心所在。我们可以通过Python的类来定义一笔交易(Transaction)。
class Transaction:
def __init__(self, sender, receiver, amount):
self.sender = sender
self.receiver = receiver
self.amount = amount
我们可以定义一个place_order方法，来创建一笔新的交易：
class Blockchain:
# ...
def place_order(self, sender, receiver, amount):
transaction = Transaction(sender, receiver, amount)
self.pending_transactions.append(transaction)
我们可以使用pending_transactions属性来存储尚未在链上打包的所有交易，此时我们需要将这些交易进行验证、打包成Block对象的形式，并且加入到链的末端。
class Blockchain:
# ...
def mine_block(self):
if not self.pending_transactions:
return 'No transactions to mine.'
last_block = self.get_last_block()
new_block = Block(self.pending_transactions, timestamp=str(datetime.datetime.now()), previous_hash=last_block.hash)
self.proof_of_work(new_block)
self.pending_transactions = []
self.add_block(new_block)
return 'Block mined successfully.'
在上面的代码中，我们定义了一个mine_block方法，用于将所有未打包的交易进行验证、打包和加入链中。这个过程涉及到工作量证明机制的运作，这是一个非常耗费算力的过程，这也就保证了链的安全性。
总结
Python作为一种高级编程语言，拥有简单、易学、可读性好等特点，同时还具有丰富的第三方库和生态系统。我们可以利用Python轻松构建一个区块链应用框架，直接将之应用在实际生产环境中。