通过7个函数解密区块链（附代码）

翻译：张媛

校对：丁楠雅

本文约2022字，建议阅读5分钟。

本文将通过实例展示如何应用机器学习来更好地匹配学生和导师，最终在Flask图表界面中展示结果。

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。

原文链接： https://www.kdnuggets.com/2018/04/blockchain-explained-7-python-functions.html Blockchain Explained in 7 Python Functions

译者简介

张媛，某云计算公司不务正业服务工程师一枚。喜欢下雨天，读闲书，缺乏技术细胞，欣赏并喜欢有态度有立场的人，爱浪漫，注重仪式感，喜欢记录。最近的愿望是拥有自己的小窝，给想念的人写一封信。

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