通过Python函数来详细解析区块链

我想对于那里的很多人来说，区块链就是这种现象，很难不让你头脑发热。我开始观看视频和阅读文章，但对我个人而言，直到我编写自己的简单区块链，我才真正理解它是什么以及它的潜在应用价值。

我对区块链的看法是它是一个公开的加密数据库。如果你是亚马逊并且你想使用该技术来跟踪库存水平，那么使用区块链是否有意义？可能没有，因为你的客户不想花费资源来验证你的区块链，因为他们只顾看着网站说Only 1 left!。

我会让你考虑未来的应用。所以不用多说，让我们看看我们的7个函数！

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hash函数。如果没有加密，区块链将易于操作，并且交易将能够以欺诈方式写入。

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

state是来记录谁拥有代币交易情况。例如，我有10个代币，我给1到Medium，然后状态state将是下面字典的值。

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

值得注意的是，透支不可能存在。如果现有只有10个代币，那么我就不能给某人11个代币。以下函数验证我们尝试进行的交易确实有效。此外，交易总体上必须平衡。我不能给5个代币并让收件人收到4个代币币，因为这样可以销毁和生成代币。

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，我们可以制作我们的区块。读取前一个区块的信息，并将其用于将其链接到新区块。这也是区块链理念的核心。可以尝试以欺骗性的方式将看似有效的交易插入到区块链中，但是解密所有先前的块在计算上（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}

下面是一个小辅助函数来检查前一个块的哈希值：

def check_block_hash(block):
    expected_hash = hash_function(block['contents'])

    if block['hash'] is not expected_hash:
        raise

    return

一旦我们将所有东西组合在一起，就有时间来创建我们的区块。我们现在将更新区块链。

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

在我们完成之前，必须验证区块链：

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，需要一个交易功能，它将以上所有内容挂起：

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

所以，现在我们有了7个函数。我们如何与它互动？好吧，首先我们需要用Genesis Block启动我们的区块链。这是我们的新代币（或库存等）的开始。出于本文解释说明的目的，我会说我是Tom，将从拥有10个代币开始。

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}

现在，看看当我将一些代币交给Medium时会发生什么：

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

state更新显示谁拥有多少代币：

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

区块链看起来像这样：

[{'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'}]

我们创建了第一个新交易并将其插入到堆栈顶部。现在，我希望我已经激起了你的好奇心，并且有兴趣将代码复制下来并使用它。

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