ビットコインの仕組み

– ビットコインが生み出す「報酬」によってシステムコストを補う
– ブロックチェーンのブロック生成で報酬を得る
– 1ブロックあたり25BTC
– ビットコインでは10分間に1ブロックだけ生成される仕組み
– 報酬は全てのマイニング業者で分けている
– ビットコインの処理性能が決まっている(1秒間に最大7取引？)
– BTCはシステム維持費用をマイニングとういうBTCのエコシステムに取り込んでいる

大手マイニング業者 BitFury
https://bitfury.com/

Blockchain その2

– blockchainでは、ジェネシスブロックを含め、一つ前のハッシュを保持して、新しいトランザクションを作る
– 一つのブロックのハッシュ計算に時間がかかるようにすれば、新しく作られるまでに、それまでのハッシュ計算を書き換えられるリスクが減る、
– ブロックを改良する(適当な数字を加えるなど)

import hashlib
import json
import datetime

class Block:
	def __init__(self, index, timestamp, transaction, previous_hash):
		self.index = index 
		self.timestamp = timestamp 
		self.transaction = transaction 
		self.previous_hash = previous_hash 
		self.difficulty = 4
		self.property_dict = {str(i): j for i, j in self.__dict__.items()}
		self.now_hash = self.calc_hash()
		self.proof = None 
		self.proof_hash = None 

	def check_proof(self, nonce):
		proof_string = self.now_hash + str(nonce)
		calced = hashlib.sha256(proof_string.encode("ascii")).hexdigest()
		if calced[:self.difficulty:].count('0') == self.difficulty:
			self.proof_hash = calced 
			return True
		else:
			return False

	def mining(self):
		proof = 0
		while True:
			if self.check_proof(proof):
				break
			else:
				proof += 1
		return proof  


	def calc_hash(self):
		block_string = json.dumps(self.property_dict, sort_keys=True).encode('ascii')
		return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()

# def new_transaction(sender, recipient, amount):
# 	transaction = {
# 		"差出人": sender,
# 		"宛先": recipient,
# 		"金額": amount,
# 	}
# 	return transaction

block_chain = []
block = Block(0, 0, [], "-")
block.proof = block.mining()
block_chain.append(block)

for i in range(5):
 
    block = Block(i+1, str(datetime.datetime.now()), ["適当なトランザクション"], block_chain[i].now_hash)
    block.proof = block.mining()
    block_chain.append(block)
 
for block in block_chain:
    for key, value in block.__dict__.items():
        print(key, ':', value)
    print("")

[vagrant@localhost python]$ python app.py
previous_hash : –
timestamp : 0
index : 0
proof_hash : 0000a63ece63ab6bc14791cf8bb4930b57f3e102c97040c1ac94c01c7a7bcb4c
property_dict : {‘previous_hash’: ‘-‘, ‘timestamp’: 0, ‘index’: 0, ‘difficulty’: 4, ‘transaction’: []}
difficulty : 4
transaction : []
now_hash : d1f0dc2f2526d9873c958cac696cd4f64b230ebcfcc8537a0bf94645cc2760de
proof : 30621

previous_hash : d1f0dc2f2526d9873c958cac696cd4f64b230ebcfcc8537a0bf94645cc2760de
timestamp : 2019-10-19 14:58:19.290332
index : 1
proof_hash : 0000f827f0eb3f6445cfcdad5ad49f70ad1a3a5821664a003dbcc79b89312acf
property_dict : {‘previous_hash’: ‘d1f0dc2f2526d9873c958cac696cd4f64b230ebcfcc8537a0bf94645cc2760de’, ‘timestamp’: ‘2019-10-19 14:58:19.290332’, ‘index’: 1, ‘difficulty’: 4, ‘transaction’: [‘適当なトランザクション’]}
difficulty : 4
transaction : [‘適当なトランザクション’]
now_hash : a325c83c16377f143b2c18f5658dc3e4963e9c48cfc823641160ff02fe2e285a
proof : 59756

previous_hash : a325c83c16377f143b2c18f5658dc3e4963e9c48cfc823641160ff02fe2e285a
timestamp : 2019-10-19 14:58:19.677796
index : 2
proof_hash : 0000e93839e2be3b31a26ede35f120605d32923f870aab38a7a2593d43e76377
property_dict : {‘previous_hash’: ‘a325c83c16377f143b2c18f5658dc3e4963e9c48cfc823641160ff02fe2e285a’, ‘timestamp’: ‘2019-10-19 14:58:19.677796’, ‘index’: 2, ‘difficulty’: 4, ‘transaction’: [‘適当なトランザクション’]}
difficulty : 4
transaction : [‘適当なトランザクション’]
now_hash : 003c134be0ba4b6118ad86e9914c266980546bd6379a7a2bf94c6cbd3acf1285
proof : 54445

previous_hash : 003c134be0ba4b6118ad86e9914c266980546bd6379a7a2bf94c6cbd3acf1285
timestamp : 2019-10-19 14:58:20.040778
index : 3
proof_hash : 0000f10e20ef472e1c37ed8cd666f25f5483f0f5e5b97a7cc93823f4a82b3a56
property_dict : {‘previous_hash’: ‘003c134be0ba4b6118ad86e9914c266980546bd6379a7a2bf94c6cbd3acf1285’, ‘timestamp’: ‘2019-10-19 14:58:20.040778’, ‘index’: 3, ‘difficulty’: 4, ‘transaction’: [‘適当なトランザクション’]}
difficulty : 4
transaction : [‘適当なトランザクション’]
now_hash : 07ed3179113ea8b90f71189df0a5fe14d86640899b50c2682b7cd0a6259e5d1c
proof : 9815

previous_hash : 07ed3179113ea8b90f71189df0a5fe14d86640899b50c2682b7cd0a6259e5d1c
timestamp : 2019-10-19 14:58:20.096824
index : 4
proof_hash : 0000e2f39590f8aca4422e913d174dbb4ffe3ce94ecb75648e6681627d317a4b
property_dict : {‘previous_hash’: ’07ed3179113ea8b90f71189df0a5fe14d86640899b50c2682b7cd0a6259e5d1c’, ‘timestamp’: ‘2019-10-19 14:58:20.096824’, ‘index’: 4, ‘difficulty’: 4, ‘transaction’: [‘適当なトランザクション’]}
difficulty : 4
transaction : [‘適当なトランザクション’]
now_hash : 85bf9eab363c3f0c0e6fec320e19699a64d760a7fd8bea992e07b3bb62348d64
proof : 72875

previous_hash : 85bf9eab363c3f0c0e6fec320e19699a64d760a7fd8bea992e07b3bb62348d64
timestamp : 2019-10-19 14:58:20.540764
index : 5
proof_hash : 0000da7db9dc07627d53e6c4f9eba2e76f3c7f3bb7cdd1bdb32c4f3242918397
property_dict : {‘previous_hash’: ’85bf9eab363c3f0c0e6fec320e19699a64d760a7fd8bea992e07b3bb62348d64′, ‘timestamp’: ‘2019-10-19 14:58:20.540764’, ‘index’: 5, ‘difficulty’: 4, ‘transaction’: [‘適当なトランザクション’]}
difficulty : 4
transaction : [‘適当なトランザクション’]
now_hash : 131259e11a3679e3f06612e06ea80d13f8bc2b82478a9408a0ad142692ab6fe4
proof : 14094

class.__dict__[‘attribute’]

class Test(object):
	def __init__(self):
		self.test = 1

t = Test()
print(t.__dict__['test'])

[vagrant@localhost python]$ python app.py
1

クラスのattributeには、class.__dict__[‘attribute’]というアクセス方法がある
呼び出しの方法で便利なのね。

pythonのclassととコンストラクタ

基本型

class Tea:
	def test(self):
		print("this is mugicha")

tea = Tea()
tea.test()

[vagrant@localhost python]$ python app.py
this is mugicha

メソッドの中で、インスタンスが生成されるときに自動的に呼び出されるメソッドのことをコンストラクタと言う。
コンストラクタを定義する際には、initというメソッドを作成する

class Tea:
	def __init__(self, num):
		self.num = num; 

	def test(self):
		print("this is mugicha v{}".format(self.num))

tea = Tea(2)
tea.test()

[vagrant@localhost python]$ python app.py
this is mugicha v2

selfはインスタンス自身を表す

python datetime

datetimeのオブジェクト
datetime(year, month, day, hour=0, minute=0, second=0, microsecond=0, tzinfo=None)

import datetime 

dt_now = datetime.datetime.now()
print(dt_now)

print(type(dt_now))

print(dt_now.year)
print(dt_now.minute)
print(dt_now.microsecond)

[vagrant@localhost python]$ python app.py
2019-10-18 13:18:20.323816

2019
18
323816

datetimeあたりだと、言語ごとの違いも然程ないでしょうね。

python json

jsonモジュールを使用すると、Json形式のファイルや文字列をパースして、dictなどのオブジェクトとして読み込める。

import json
from collections import OrderedDict 
import pprint 

s = r'{"C": "\u3042", "A": {"i":1, "j":2}, "B":[{"X":1, "Y":10}, {"X":2, "Y": 20}]}'

print(s)

d = json.loads(s)

pprint.pprint(d, width=40)

print(type(d))

[vagrant@localhost python]$ python main.py
{“C”: “\u3042”, “A”: {“i”:1, “j”:2}, “B”:[{“X”:1, “Y”:10}, {“X”:2, “Y”: 20}]}
{‘A’: {‘i’: 1, ‘j’: 2},
‘B’: [{‘X’: 1, ‘Y’: 10},
{‘X’: 2, ‘Y’: 20}],
‘C’: ‘あ’}

Python hashlib

hashlib: セキュアハッシュやメッセージダイジェスト用の様々なアルゴリズムを実装。sha256は有名ですよね。
e.x. sha1, sha224, sha256, sha384, sha512, RSA md5

コンストラクタがあり、ハッシュオブジェクトを返す

import hashlib 
m = hashlib.sha256()
m.update(b"National Security Agency")
print(m.digest())

print(m.digest_size)
print(m.block_size)

[vagrant@localhost python]$ python main.py
b’t\xc6!\xc4\xd2\xd3W&r4\xa2\xe2\xa9\x1f\x15k\xb9\xf1\x08\xa9\x10\xb6\xd2\xb5\xe6\x05|\xe2d\x81\xc8\xe6′
32
64

sha224で実行すると
b’\xe9\xf0\xee\xd4F\xd0;-MM\xa1\xc9\x8cY\x05\x1c\x81H\xde8\x95\x94\x0f\xcb\x13he\x89′

hash.update()でオブジェクトを更新
“b”でエンコード
よく使われるのは、md5とsha256

Blockchain その1

こちらのコードを分解していきます。

import hashlib
import json
import datetime

class Block:
	def __init__(self, index, timestamp, transaction, previous_hash):
		self.index = index 
		self.timestamp = timestamp 
		self.transaction = transaction 
		self.previous_hash = previous_hash 
		self.property_dict = {str(i): j for i, j in self.__dict__.items()}
		self.now_hash = self.calc_hash()

	def calc_hash(self):
		block_string = json.dumps(self.property_dict, sort_keys=True).encode('ascii')
		return hashlib.sha256(block_string).hexdigest()

def new_transaction(sender, recipient, amount):
	transaction = {
		"差出人": sender,
		"宛先": recipient,
		"金額": amount,
	}
	return transaction

block_chain = []
genesis_block = Block(0, 0, 0, "-")
block_chain.append(genesis_block)

transaction = new_transaction("タロウ", "花子", 100)
new_block = Block(1, str(datetime.datetime.now()), transaction, block_chain[0].now_hash)
block_chain.append(new_block)

for key, value in genesis_block.__dict__.items():
	print(key, ':', value)

print("")

for key, value in new_block.__dict__.items():
	print(key, ':', value)

[vagrant@localhost python]$ python app.py
property_dict : {‘transaction’: 0, ‘index’: 0, ‘previous_hash’: ‘-‘, ‘timestamp’: 0}
now_hash : 49f3a23af19229c5a1a12611bdb590f742154a5d11b5018f3f01b740800a5c20
transaction : 0
index : 0
previous_hash : –
timestamp : 0

property_dict : {‘transaction’: {‘宛先’: ‘花子’, ‘差出人’: ‘タロウ’, ‘金額’: 100}, ‘index’: 1, ‘previous_hash’: ’49f3a23af19229c5a1a12611bdb590f742154a5d11b5018f3f01b740800a5c20′, ‘timestamp’: ‘2019-10-18 10:55:22.499513’}
now_hash : b9b57282d7387add7e66d6209f06e4c132ec01cfece9615067bdffeb7b8f4c30
transaction : {‘宛先’: ‘花子’, ‘差出人’: ‘タロウ’, ‘金額’: 100}
index : 1
previous_hash : 49f3a23af19229c5a1a12611bdb590f742154a5d11b5018f3f01b740800a5c20
timestamp : 2019-10-18 10:55:22.499513

誤差逆伝播法

順伝播では、入力値から重みを掛けて、中間層へと計算をして出力を導いた。
逆伝播では、出力値と正解の誤差を出し、最後の層、前の層と計算して重みを調整する

誤差逆伝播法
損失関数を2乗誤差の式として定義し、中間層の活性化関数を標準シグモイド関数として定義する

勾配降下法

二乗誤差を出力層、中間層、入力層に置き換えていくと、
E =　1/2 ||t – y||^2
E = 1/2 ||σ2(a1W2 + b2) – y||^2

E = 1/2 ||σ2(σ1(a0W1 + b1)*W2 + b2) – y||^2
E = 1/2 ||σ2(σ1(x0W1 + b1)*W2 + b2) – y||^2

勾配降下法は、関数のグラフを斜面に見立てて、関数の傾きを調べながら関数の値を小さくするような方向に少しずつ降りていくことで、関数の最小値を近位的に求める方法

df(x)/dx = limΔx→0 Δf(x)/Δx = {limh→0 f(x + Δx) – f(x)} / Δx
Δxが非常に小さい値であれば、
Δf(x) = f(x + Δx) – f(x)

Δx = -η df(x)/dx
xnew = xold -η df(x)/dx

DeepLearningでは、勾配降下法の確率的勾配降下法(SGD)などを利用する
訓練データからデータをN個抜き出し、N枚を学習させて計算された損失関数から、勾配降下法を用いてN枚ごとに重みを更新する。この枚数をバッチサイズという
訓練データを使いまわす回数をエポック数と呼ぶ