Python Web3库入门：从零开始与以太坊区块链交互

区块链技术的兴起催生了大量去中心化应用（DApp），而与区块链交互是开发这些应用的核心能力。对于Python开发者来说，**Web3.py**库是连接以太坊区块链的利器------它提供了完整的API，让你可以轻松查询区块数据、发送交易、与智能合约交互。本文将从基础到实战，带你掌握Web3.py的核心用法。

一、Web3.py是什么？为什么需要它？

Web3.py是以太坊官方推荐的Python库，用于与以太坊区块链节点通信。无论是开发DApp后端、编写区块链数据分析工具，还是自动化智能合约交互，Web3.py都能满足需求。其核心功能包括：

连接以太坊节点（本地节点或Infura等公共节点）
查询区块链数据（区块、交易、账户余额等）
签名并发送交易（转账、调用合约等）
与智能合约交互（读取状态、执行方法）

二、环境准备：安装与基础配置

1. 安装Web3.py

使用pip安装核心库，同时建议安装eth-account用于账户管理：

复制代码

bash 复制代码

pip install web3 eth-account

2. 连接以太坊节点

与区块链交互需要连接一个以太坊节点。如果你没有本地节点，可以使用**Infura**提供的公共节点（免费注册获取API密钥）：

注册Infura：https://infura.io/
创建项目后，获取测试网（如Sepolia）或主网的RPC地址（格式：https://sepolia.infura.io/v3/``你的API密钥）

三、基础操作：查询区块链数据

让我们从最简单的区块链查询开始，熟悉Web3.py的基本用法。

1. 初始化Web3实例

python 复制代码

from web3 import Web3

# 连接Infura的Sepolia测试网节点（替换为你的API密钥）
infura_url = "https://sepolia.infura.io/v3/你的API密钥"
w3 = Web3(Web3.HTTPProvider(infura_url))

# 检查连接是否成功
if w3.is_connected():
    print("✅ 已成功连接到以太坊测试网")
else:
    print("❌ 连接失败，请检查节点地址")

2. 查询区块信息

获取最新区块号、指定区块的详细数据：

python 复制代码

# 获取最新区块号
latest_block_number = w3.eth.block_number
print(f"最新区块号：{latest_block_number}")

# 获取指定区块的详细信息（full_transactions=True表示返回完整交易数据）
block = w3.eth.get_block(latest_block_number, full_transactions=True)
print(f"区块哈希：{block['hash'].hex()}")  # 哈希需转为十六进制字符串
print(f"区块包含的交易数：{len(block['transactions'])}")
print(f"区块时间戳：{block['timestamp']}")  # 时间戳可转为北京时间

3. 查询账户余额

以太坊中余额以wei为单位（1 ETH = 10^18 wei），Web3.py提供了单位转换工具：

python 复制代码

# 示例账户（Sepolia测试网的一个公开账户）
address = "0x742d35Cc6634C0532925a3b844Bc454e4438f44e"

# 获取余额（单位：wei）
balance_wei = w3.eth.get_balance(address)

# 转换为ETH
balance_eth = w3.from_wei(balance_wei, "ether")
print(f"账户 {address} 的余额：{balance_eth} ETH")

四、进阶实战：发送以太坊交易

发送交易是与区块链交互的核心功能，包括ETH转账、调用智能合约等。以下示例演示如何向指定地址转账测试网ETH（需先在Sepolia测试网 faucet获取测试ETH）。

1. 准备发送账户

需要一个包含私钥的账户（**注意：私钥绝对不能泄露！**）：

python 复制代码

from eth_account import Account

# 你的私钥（仅测试用，生产环境需用安全方式存储）
private_key = "你的私钥（64位十六进制字符串）"

# 从私钥创建账户
account = Account.from_key(private_key)
sender_address = account.address
print(f"发送账户地址：{sender_address}")
print(f"发送账户余额：{w3.from_wei(w3.eth.get_balance(sender_address), 'ether')} ETH")

2. 构建并发送交易

python 复制代码

# 接收地址
recipient_address = "0x接收地址"

# 构建交易参数
transaction = {
    "to": recipient_address,
    "value": w3.to_wei(0.001, "ether"),  # 转账0.001 ETH（转为wei）
    "gas": 21000,  # 简单转账的固定gas限制
    "gasPrice": w3.eth.gas_price,  # 获取当前gas价格
    "nonce": w3.eth.get_transaction_count(sender_address),  # 防止交易重复
    "chainId": 11155111  # Sepolia测试网的chainId（主网为1）
}

# 用私钥签名交易
signed_txn = w3.eth.account.sign_transaction(transaction, private_key)

# 发送交易并获取交易哈希
tx_hash = w3.eth.send_raw_transaction(signed_txn.rawTransaction)
print(f"交易已发送，哈希：{tx_hash.hex()}")

# 等待交易确认（可选，最多等待60秒）
tx_receipt = w3.eth.wait_for_transaction_receipt(tx_hash, timeout=60)
if tx_receipt["status"] == 1:
    print(f"✅ 交易确认成功，区块号：{tx_receipt['blockNumber']}")
else:
    print("❌ 交易失败")

关键参数说明：

nonce：账户发送的交易序号，必须递增，防止交易被重复处理；
gas：交易允许消耗的最大gas量（简单转账固定为21000）；
gasPrice：每单位gas的价格（以wei为单位），可通过w3.eth.gas_price获取当前网络建议值；
chainId：指定区块链网络（防止交易被发送到其他网络）。

五、智能合约交互：以ERC20代币为例

智能合约是区块链上的程序，Web3.py可以通过合约ABI（应用二进制接口）与合约交互。以下以ERC20代币合约为例，演示查询余额和转账操作。

1. 准备合约信息

需要合约地址和ABI（可从Etherscan获取，或从合约源代码编译）：

python 复制代码

# 示例：Sepolia测试网上的一个ERC20代币合约（USDC测试币）
contract_address = "0x5FbDB2315678afecb367f032d93F642f64180aa3"

# ERC20合约的简化ABI（包含balanceOf和transfer方法）
erc20_abi = [
    {
        "constant": True,
        "inputs": [{"name": "_owner", "type": "address"}],
        "name": "balanceOf",
        "outputs": [{"name": "balance", "type": "uint256"}],
        "type": "function"
    },
    {
        "constant": False,
        "inputs": [
            {"name": "_to", "type": "address"},
            {"name": "_value", "type": "uint256"}
        ],
        "name": "transfer",
        "outputs": [{"name": "success", "type": "bool"}],
        "type": "function"
    }
]

# 创建合约实例
contract = w3.eth.contract(address=contract_address, abi=erc20_abi)

2. 读取合约状态（查询代币余额）

python 复制代码

# 查询发送账户的代币余额
token_balance_wei = contract.functions.balanceOf(sender_address).call()

# ERC20代币通常有18位小数，转换为可读单位
token_balance = token_balance_wei / (10 **18)
print(f"账户 {sender_address} 的代币余额：{token_balance} USDC")

3. 执行合约方法（代币转账）

python 复制代码

# 转账目标地址和数量（转账1 USDC，需转为最小单位：1 * 10^18）
to_address = "0x接收地址"
amount = 1 * (10** 18)  # 1 USDC

# 构建转账交易
transfer_txn = contract.functions.transfer(to_address, amount).build_transaction({
    "from": sender_address,
    "gas": 100000,  # 代币转账的gas通常比ETH转账高
    "gasPrice": w3.eth.gas_price,
    "nonce": w3.eth.get_transaction_count(sender_address)
})

# 签名并发送交易（与ETH转账流程相同）
signed_transfer_txn = w3.eth.account.sign_transaction(transfer_txn, private_key)
transfer_tx_hash = w3.eth.send_raw_transaction(signed_transfer_txn.rawTransaction)
print(f"代币转账交易哈希：{transfer_tx_hash.hex()}")

# 等待确认
transfer_receipt = w3.eth.wait_for_transaction_receipt(transfer_tx_hash)
if transfer_receipt["status"] == 1:
    print("✅ 代币转账成功")

六、常见问题与最佳实践

私钥安全：绝对不要将私钥硬编码在代码中，生产环境应使用加密存储（如AWS KMS、HashiCorp Vault）或硬件钱包（如MetaMask通过Web3连接）。
网络选择：开发阶段优先使用测试网（Sepolia、Goerli），避免在主网进行调试操作。
Gas优化 ：复杂合约交互需估算gas消耗，可使用contract.functions.method().estimate_gas()获取建议值。
错误处理：区块链操作可能因网络拥堵、gas不足等失败，务必添加异常捕获：
python 复制代码
```
try:
    # 发送交易代码
except Exception as e:
    print(f"交易失败：{str(e)}")
```

七、总结与扩展学习

Web3.py为Python开发者打开了区块链世界的大门，本文介绍的查询区块、发送交易、合约交互是核心基础。后续可探索更多高级功能：

事件监听（通过contract.events.EventName().create_filter()跟踪合约事件）
批量交易处理（使用web3.middleware处理高并发）
与DeFi协议交互（如Uniswap、Aave等，需参考其合约ABI）

官方文档是最好的学习资源：Web3.py官方文档，配合以太坊测试网实践，能快速掌握区块链开发技能。

如果你有具体的应用场景（如NFT铸造、链上数据分析），可以基于本文的基础进一步扩展，Web3.py的灵活性足以支持各种区块链创新应用～