通过这7个函数来探索区块链

我想对很多人来说，区块链是一种很难理解的技术，虽然我也看了很多视频和文章，但从我个人角度来讲，直到我开始写一些简单的区块链应用，我才真正理解了它是什么以及它的潜在应用。

我对区块链的看法是，它是一个公开的加密数据库。举个例子，亚马逊也许想利用这种技术来跟踪库存水平，那么使用区块链是否有意义呢？大概率没有，因为消费者不会愿意花费资源来验证亚马逊的区块链是否可行，更别说亚马逊总是在网站上宣称商品“只剩最后一个！”。

关于区块链未来可能的应用场景留给您自己思考，废话不多说，让我们一起通过这7个函数来探索区块链吧。

def hash_function(k):

    """Hashes our transaction."""

    if type(k) is not str:

        k = json.dumps(k, sort_keys=True)

    return hashlib.sha256(k).hexdigest()

区块链的核心是哈希函数，如果不加密，区块链将很容易被操纵，交易将能够被欺骗性地插入到区块链中。

def update_state(transaction, state):

    state = state.copy()

    for key in transaction:

        if key in state.keys():

            state[key] += transaction[key]

        else:

            state[key] = transaction[key]

    return state

所谓的“状态”是交易完成后的资产分配记录。比如，我有10个币，我把其中1个币给了Medium，那么当前的“状态”就是如下字典中的值。

{‘transaction’: {‘Tom’: 9, ‘Medium’: 1}}

值得注意的是，在这个体系中，透支是不可能存在的。如果我只有10个币，那么我不可能将11个币给别人。下面的函数将验证我们尝试进行的交易确实是有效的。而且，交易必须平衡，我不可能给了对方5个币，但他只收到4个币，否则会引起币的销毁和创建。

def valid_transaction(transaction, state):

    """A valid transaction must sum to 0."""

    if sum(transaction.values()) is not 0:

        return False

    for key in transaction.keys():

        if key in state.keys():

            account_balance = state[key]

        else:

            account_balance = 0

        if account_balance + transaction[key] < 0:

            return False

    return True

现在我们可以构建自己的区块了。读取上一个区块的信息，并将其链接到下一个区块，这也是区块链的核心技术之一，看起来有效交易可以被欺诈性地插入到区块链中，但是对前面所有的区块进行解密在计算上几乎是不可能的，这就保留了区块链的完整性。

def make_block(transactions, chain):

    """Make a block to go into the chain."""

    parent_hash = chain[-1]['hash']

    block_number = chain[-1]['contents']['block_number'] + 1

    block_contents = {

        'block_number': block_number,

        'parent_hash': parent_hash,

        'transaction_count': block_number + 1,

        'transaction': transactions

    }

    return {'hash': hash_function(block_contents), 'contents': block_contents}

下面是一个小小的帮助函数，用于检查前一个区块的哈希值。

def check_block_hash(block):

    expected_hash = hash_function(block['contents'])

    if block['hash'] is not expected_hash:

        raise

    return

一旦我们把所有的东西整合起来，就是时候创建自己的区块了。接下来我们将更新区块链。

def check_block_validity(block, parent, state):

    parent_number = parent['contents']['block_number']

    parent_hash = parent['hash']

    block_number = block['contents']['block_number']

    for transaction in block['contents']['transaction']:

        if valid_transaction(transaction, state):

            state = update_state(transaction, state)

        else:

            raise

    check_block_hash(block)  # Check hash integrity

    if block_number is not parent_number + 1:

        raise

    if block['contents']['parent_hash'] is not parent_hash:

        raise

    return state

在完成之前，区块链必须经过验证：

def check_chain(chain):

    """Check the chain is valid."""

    if type(chain) is str:

        try:

            chain = json.loads(chain)

            assert (type(chain) == list)

        except ValueError:

            # String passed in was not valid JSON

            return False

    elif type(chain) is not list:

        return False

    state = {}

    for transaction in chain[0]['contents']['transaction']:

        state = update_state(transaction, state)

    check_block_hash(chain[0])

    parent = chain[0]

    for block in chain[1:]:

        state = check_block_validity(block, parent, state)

        parent = block

    return state

最后，需要一个交易函数，将所有上述功能整合在一起：

def add_transaction_to_chain(transaction, state, chain):

    if valid_transaction(transaction, state):

        state = update_state(transaction, state)

    else:

        raise Exception('Invalid transaction.')

    my_block = make_block(state, chain)

    chain.append(my_block)

    for transaction in chain:

        check_chain(transaction)

    return state, chain

现在我们有了7个函数，那么怎样使用它们呢？首先，我们需要一个创世块来开始我们的区块链，这也是新币产生的开始。在这篇文章里，我将会从10个币开始。

genesis_block = {

    'hash': hash_function({

        'block_number': 0,

        'parent_hash': None,

        'transaction_count': 1,

        'transaction': [{'Tom': 10}]

    }),

    'contents': {

        'block_number': 0,

        'parent_hash': None,

        'transaction_count': 1,

        'transaction': [{'Tom': 10}]

    },

}

block_chain = [genesis_block]

chain_state = {'Tom': 10}

那么，当我将一些币给Medium之后发生了什么呢？

chain_state, block_chain = add_transaction_to_chain(transaction={'Tom': -1, 'Medium': 1}, state=chain_state, chain=block_chain)

“状态”的值将会被更新为当前各人拥有多少个币：

{'Medium': 1, 'Tom': 9}

然后生成的区块链会如下所示：

[{'contents': {'block_number': 0,

               'parent_hash': None,

               'transaction': [{'Tom': 10}],

               'transaction_count': 1},

  'hash': '064d0b480b3b92761f31831d30ae9f01954efaa62371b4b44f11465ec22abe93'},

 {'contents': {'block_number': 1,

               'parent_hash': '064d0b480b3b92761f31831d30ae9f01954efaa62371b4b44f11465ec22abe93',

               'transaction': {'Medium': 1, 'Tom': 9},

               'transaction_count': 2},

  'hash': 'b4ae25f0cc0ee0b0caa66b9a3473e9a108652d53b1dc22a40962fef5c8c0f08c'}]

至此，我们的第一个交易已经创建并被插入到堆栈的顶部。现在，我希望这些已经激起你的好奇心，并且有兴趣将代码复制下来跑一跑。在我看来，这是学习新技术的最佳途径。

请尝试运行代码去创造自己的币。思考一下，如果您想提供比现存更多的币，会发生什么情况？如果您不断创建新的收款人，会发生什么？

还有，您能想到区块链在未来会被应用到哪些场景呢？欢迎在评论中留言。