區(qū)塊鏈作為一項革命性的技術，開始受到越來越多追捧。為什么呢?因為區(qū)塊鏈是許多加密數(shù)字貨幣的底層技術，比如：比特幣(BTC)，以太坊(ETH)以及萊特幣(LTC)。區(qū)塊鏈具體是如何工作的?本篇教程會涵蓋所有區(qū)塊鏈相關的知識，還會教你如何構建 Swift 區(qū)塊鏈。下面讓我們開始吧!

區(qū)塊鏈的工作原理

顧名思義，區(qū)塊鏈是一條由不同區(qū)塊連接組成的鏈。每一個塊包含三個信息：數(shù)據(jù)、哈希(hash)、以及前置區(qū)塊的哈希。

1. 數(shù)據(jù) – 由于應用場景不同，存儲在區(qū)塊中的數(shù)據(jù)由區(qū)塊鏈的類型決定。例如，在比特幣區(qū)塊鏈中，存儲的數(shù)據(jù)是交易信息：轉賬金額和交易雙方的信息。
2. 哈希 – 你可以將哈?？醋鰯?shù)字指紋，用來唯一標識一個區(qū)塊及其數(shù)據(jù)。哈希的重要之處在于它是一個獨特的字母數(shù)字代碼，通常是 64 個字符。當一個區(qū)塊被創(chuàng)建時，哈希也隨之創(chuàng)建。當一個區(qū)塊被修改，哈希也隨之修改。因此，當你想要查看在區(qū)塊上所做的任何變更時，哈希就顯得非常重要。
3. 前置區(qū)塊的哈希 – 通過存儲前置區(qū)塊的哈希，你可以還原每個區(qū)塊連接成區(qū)塊鏈的過程!這使得區(qū)塊鏈安全性特別高。

我們來看下這張圖片：

區(qū)塊鏈

你可以看到，每一個區(qū)塊包含數(shù)據(jù)(圖片中沒有指明)、哈希以及前置區(qū)塊的哈希。例如，黃色區(qū)塊包含自身的哈希：H7s6，以及紅色區(qū)塊的哈希：8SD9。這樣它們就構成了一條相互連接的鏈?，F(xiàn)在，假如有一個黑客準備惡意篡改紅色的區(qū)塊。請記住，每當塊以任何方式被篡改時，該區(qū)塊的哈希都會改變!當下一個區(qū)塊檢查并發(fā)現(xiàn)前置哈希不一致時，黑客將無法訪問它，因為他與前置區(qū)塊的聯(lián)系被切斷了(譯者注：即如果黑客想要要篡改一個區(qū)塊的話，就需要把這個區(qū)塊后面的所有區(qū)塊都要改掉，而這個工作量是很難實現(xiàn)的)。

這使得區(qū)塊鏈特別安全，幾乎不可能回滾或者篡改任何數(shù)據(jù)。雖然哈希為保密和隱私提供了巨大的保障，但是還有兩個更加安全妥當?shù)拇胧┳寘^(qū)塊鏈更加安全：工作量證明(Proof-of-Work)以及智能合約(Smart Contracts)。本文我不會深入講解，你可以在這里了解更多相關知識。

區(qū)塊鏈最后一個保證自身安全性的方式是基于其定位。和大多數(shù)存儲在服務器和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)不同，區(qū)塊鏈使用的是點對點(P2P)網(wǎng)絡。P2P 是一種允許任何人加入的網(wǎng)絡，并且該網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)會分發(fā)給每一個接收者。

每當有人加入這個網(wǎng)絡，他們就會獲得一份區(qū)塊鏈的完整拷貝。每當有人新建一個區(qū)塊，就會廣播給全網(wǎng)。在將該塊添加到鏈之前，節(jié)點會通過幾個復雜的程序確定該塊是否被篡改。這樣，所有人、所有地方都可以使用這個信息。如果你是 HBO 美劇硅谷 的粉絲，對此應該不會感到陌生。在該劇中，主演(Richard)使用一種相似的技術創(chuàng)造了新型互聯(lián)網(wǎng)(譯者注：有趣的是劇中還發(fā)行了區(qū)塊鏈數(shù)字貨幣 PiedPaperCoin，感興趣的童鞋可以刷一下這部劇)。

因為每個人都有區(qū)塊鏈或者節(jié)點的一份拷貝，他們可以達成一種共識并決定哪部分區(qū)塊是有效的。因此，如果你想要攻擊某個區(qū)塊，你必須同時攻擊網(wǎng)絡上 50% 以上的區(qū)塊(譯者：51% 攻擊)，使得你的區(qū)塊可以追上并替換原區(qū)塊鏈。所以區(qū)塊鏈或許是過去十年所創(chuàng)造的最安全的技術之一。

關于示例程序

現(xiàn)在你已經(jīng)對區(qū)塊鏈的原理有了初步的認識，那么我們就開始寫示例程序吧!你可以在這里下載原始項目。

如你所見，我們有兩個比特幣錢包。第一個賬戶 1065 有 500 BTC，而第二個賬戶 0217 沒有 BTC。我們通過 send 按鈕可以發(fā)送比特幣到另外的賬戶。為了賺取 BTC，我們可以點擊 Mine 按鈕，可以獲得 50 BTC 的獎勵。我們主要工作是查看控制臺輸出，觀察兩個賬戶間的交易過程。

這里寫圖片描述

在左側導航欄可以看到兩個很重要的類：Block 和 Blockchain。目前這兩個類都是空實現(xiàn)，我會帶著你們在這兩個類中寫入相關邏輯。下面讓我們開始吧!

這里寫圖片描述

在 Swift 中定義區(qū)塊

首先打開 Block.swift 并添加定義區(qū)塊的代碼。在此之前，我們需要定義區(qū)塊是什么。前面我們曾定義過，區(qū)塊是由三部分組成：哈希、實際記錄的數(shù)據(jù)以及前置區(qū)塊的哈希。當我們想要構建我們的區(qū)塊鏈時，我們必須知道該區(qū)塊是第一個還是第二個。我們可以很容易地在 Swift 的類中做如下定義：

var hash: String! 
var data: String! 
var previousHash: String! 
var index: Int! 

現(xiàn)在需要添加最重要的代碼。我曾提過區(qū)塊在被修改的情況下，哈希也會隨之變化，這是區(qū)塊鏈如此安全的特性之一。因此我們需要創(chuàng)建一個函數(shù)去生成哈希，該哈希由隨機字母和數(shù)字組成。這個函數(shù)只需要幾行代碼：

func generateHash() -> String { 
    return NSUUID().uuidString.replacingOccurrences(of: "-", with: "") 
} 

NSUUID 是一個代表通用唯一值的對象，并且可以橋接成 UUID。它可以快速地生成 32 個字符串。本函數(shù)生成一個 UUID，刪除其中的連接符，然后返回一個 String，最后將結果作為區(qū)塊的哈希。Block.swift 現(xiàn)在就像下面：

這里寫圖片描述

現(xiàn)在我們已經(jīng)定義好了 Block 類，下面來定義 Blockchain 類，首先切換到 Blockchain.swift 。

在 Swift 中定義區(qū)塊鏈

和之前一樣，首先分析區(qū)塊鏈的基本原理。用非常基礎的術語來說，區(qū)塊鏈只是由一連串的區(qū)塊連接而成，也可以說是一個由多個條目組成的列表。這是不是聽起來很熟悉呢?其實這就是數(shù)組的定義!而且這個數(shù)組是由區(qū)塊組成的!接下來添加以下代碼：

var chain = [Block]() 

快速提示： 這個方法可以應用于計算機科學世界里的任何事物。如果你遇到大難題，可以嘗試把它分解成若干個小問題，以此來建立起解決問題的方法，正如我們解決在 Swift 中如何添加區(qū)塊和區(qū)塊鏈的問題。

你會注意到數(shù)組里面是我們前面定義的 Block 類，這就是區(qū)塊鏈所需要的所有變量。為了完成功能，我們還需要在類中添加兩個函數(shù)。請嘗試著根據(jù)我之前教過的方法解答這個問題。

區(qū)塊鏈中的兩個主要函數(shù)是什么?

我希望你能認真思考并回答這個問題!實際上，區(qū)塊鏈的兩個主要功能是創(chuàng)建創(chuàng)世區(qū)塊(最初的始塊)，以及在其結尾添加新的區(qū)塊。當然現(xiàn)在我不打算實現(xiàn)分叉區(qū)塊鏈和添加智能合約的功能，但你必須了解這兩個是基本功能!將以下代碼添加到 Blockchain.swift：

func createGenesisBlock(data:String) { 
    let genesisBlock = Block() 
    genesisBlock.hash = genesisBlock.generateHash() 
    genesisBlock.data = data 
    genesisBlock.previousHash = "0000" 
    genesisBlock.index = 0 
    chain.append(genesisBlock) 
} 
 
func createBlock(data:String) { 
    let newBlock = Block() 
    newBlock.hash = newBlock.generateHash() 
    newBlock.data = data 
    newBlock.previousHash = chain[chain.count-1].hash 
    newBlock.index = chain.count 
    chain.append(newBlock) 
} 

1、我們添加的第一個函數(shù)的作用是創(chuàng)建創(chuàng)世區(qū)塊。為此，我們創(chuàng)建了一個以區(qū)塊數(shù)據(jù)為入?yún)⒌暮瘮?shù)。然后定義了一個類型為 Block 的變量 genesisBlock，它擁有此前在 Block.swift 中定義的所有變量和函數(shù)。我們將 generateHash() 賦值給哈希，將輸入的 data 參數(shù)賦值給數(shù)據(jù)。由于這是第一個區(qū)塊，我們將前置區(qū)塊的哈希設為 0000，這樣我們就可以知道這是起始區(qū)塊。最后我們將 index 設為 0，并將這個區(qū)塊加入到區(qū)塊鏈中。

2、我們創(chuàng)建的第二個函數(shù)適用于 genesisBlock 之后的所有區(qū)塊，并且能創(chuàng)建剩余的區(qū)塊。你會注意到它與第一個函數(shù)非常相似。唯一的區(qū)別是，我們將 previousHash 的值設置為前一個區(qū)塊的哈希值，并將 index 設置為它在區(qū)塊鏈中的位置。就這樣，區(qū)塊鏈已經(jīng)定義好了!你的代碼應該看起來跟下圖一樣!

這里寫圖片描述

錢包后端

現(xiàn)在切換到 ViewController.swift，我們會發(fā)現(xiàn)所有的 outlet 都已經(jīng)連接好了。我們只需要處理交易，并將其輸出到控制臺。

然而在此之前，我們需要稍微研究一下比特幣的區(qū)塊鏈。比特幣是由一個總賬戶產(chǎn)生的，我們將這個賬號的編號稱為 0000。當你挖到一個 BTC，意味著你解決了數(shù)學問題，因此會發(fā)行一定數(shù)量的比特幣作為獎勵。這提供了一個發(fā)幣的高明方法，并且可以激勵更多人去挖礦。在我們的應用，讓我們把挖礦獎勵設為 100 BTC。首先，在視圖控制器中添加所需的變量：

let firstAccount = 1065 
let secondAccount = 0217 
let bitcoinChain = Blockchain() 
let reward = 100 
var accounts: [String: Int] = ["0000": 10000000] 
let invalidAlert = UIAlertController(title: "Invalid Transaction", message: "Please check the details of your transaction as we were unable to process this.", preferredStyle: .alert) 

首先定義號碼為 1065 和 0217 的兩個賬號。然后添加一個名為 bitcoinChain 的變量作為我們的區(qū)塊鏈，并將 reward 設為 100。我們需要一個主帳戶作為所有比特幣的來源：即創(chuàng)世帳戶 0000。里面有 1000 萬個比特幣。你可以把這個賬戶想象成一個銀行，所有因獎勵產(chǎn)生的 100 個比特幣都經(jīng)此發(fā)放到合法賬戶中。我們還定義了一個提醒彈窗，每當交易無法完成時就會彈出。

現(xiàn)在，讓我們來編寫幾個運行時需要的通用函數(shù)。你能猜出是什么函數(shù)嗎?

1. 第一個函數(shù)是用來處理交易的。我們需要確保交易雙方的賬戶，能夠接收或扣除正確的金額，并將這些信息記錄到我們的區(qū)塊鏈中。
2. 下一個函數(shù)是在控制臺中打印整個記錄 —— 它將顯示每個區(qū)塊及其中的數(shù)據(jù)。
3. 最后一個是用于驗證區(qū)塊鏈是否有效的函數(shù)，通過校驗下一個區(qū)塊的 previousHash 和上一個區(qū)塊 hash 是否匹配。由于我們不會演示任何黑客方法，因此在我們的示例程序中，區(qū)塊鏈是永遠有效的。

交易函數(shù)

下面是一個通用的交易函數(shù)，請在我們定義的變量下方輸入以下代碼：

func transaction(from: String, to: String, amount: Int, type: String) { 
    // 1 
    if accounts[from] == nil { 
        self.present(invalidAlert, animated: true, completion: nil) 
        return 
    } else if accounts[from]!-amount < 0 { 
        self.present(invalidAlert, animated: true, completion: nil) 
        return 
    } else { 
        accounts.updateValue(accounts[from]!-amount, forKey: from) 
    } 
     
    // 2 
    if accounts[to] == nil { 
        accounts.updateValue(amount, forKey: to) 
    } else { 
        accounts.updateValue(accounts[to]!+amount, forKey: to) 
    } 
     
    // 3 
    if type == "genesis" { 
        bitcoinChain.createGenesisBlock(data: "From: \(from); To: \(to); Amount: \(amount)BTC") 
    } else if type == "normal" { 
        bitcoinChain.createBlock(data: "From: \(from); To: \(to); Amount: \(amount)BTC") 
    } 
} 

代碼量看起來好像很大，但主要是定義了每個交易需要遵循的一些規(guī)則。一開始是函數(shù)的四個參數(shù)：

to，from，amount，type。前三個參數(shù)不需要再解釋了，而 Type 主要用于定義交易的類型。總共有兩個類型：正常類型(normal) 和創(chuàng)世類型(genesis)。正常類型的交易會發(fā)生在賬戶 1065 和 2017 之間，而創(chuàng)世類型將會涉及到賬戶 0000。

1. 第一個 if-else 條件語句處理轉出賬戶的信息。如果賬戶不存在或者余額不足，將會提示交易不合法并返回。
2. 第二個 if-else 條件語句處理轉入賬戶的信息。如果賬戶不存在，則創(chuàng)建新賬戶并轉入相應的比特幣。反之，則向該賬戶轉入正確數(shù)量的比特幣。
3. 最后一個 if-else 條件語句處理交易類型。如果類型是創(chuàng)世類型，則添加一個創(chuàng)世區(qū)塊，否則創(chuàng)建一個新的區(qū)塊存儲數(shù)據(jù)。

打印函數(shù)

為了確保交易正確執(zhí)行，在每個交易結束后，我們希望拿到所有交易的清單。以下是我們在交易函數(shù)下方的代碼，用來打印相關信息：

func chainState() { 
    for i in 0...bitcoinChain.chain.count-1 { 
        print("\tBlock: \(bitcoinChain.chain[i].index!)\n\tHash: \(bitcoinChain.chain[i].hash!)\n\tPreviousHash: \(bitcoinChain.chain[i].previousHash!)\n\tData: \(bitcoinChain.chain[i].data!)") 
    } 
    redLabel.text = "Balance: \(accounts[String(describing: firstAccount)]!) BTC" 
    blueLabel.text = "Balance: \(accounts[String(describing: secondAccount)]!) BTC" 
    print(accounts) 
    print(chainValidity()) 
} 

這是一個簡單的循環(huán)語句，遍歷 bitcoinChain 中的所有區(qū)塊，并打印區(qū)塊號碼，哈希，前置哈希，以及存儲的數(shù)據(jù)。同時我們更新了界面中的標簽(label)，這樣就可以顯示賬戶中正確的 BTC 數(shù)量。最后，打印所有的賬戶(應該是 3 個)，并校驗區(qū)塊鏈的有效性。

現(xiàn)在你應該會在函數(shù)的最后一行發(fā)現(xiàn)一個錯誤。這是由于我們還沒有實現(xiàn) chainValidity() 函數(shù)，讓我們馬上開始吧。

有效性函數(shù)

判斷一個鏈是否有效的標準是：前置區(qū)塊的哈希與當前區(qū)塊所表示的是否匹配。我們可以再次用循環(huán)語句來遍歷所有的區(qū)塊：

func chainValidity() -> String { 
    var isChainValid = true 
    for i in 1...bitcoinChain.chain.count-1 { 
        if bitcoinChain.chain[i].previousHash != bitcoinChain.chain[i-1].hash { 
            isChainValid = false 
        } 
    } 
    return "Chain is valid: \(isChainValid)\n" 
} 

和之前一樣，我們遍歷了 bitcoinChain 中的所有區(qū)塊，并檢查了前置區(qū)塊的 hash 是否與當前區(qū)塊的 previousHash 一致。

就醬!我們已經(jīng)將定義了所有需要的函數(shù)!你的 ViewController.swift 應該如下圖一樣：

這里寫圖片描述

收尾工作就是連接按鈕和函數(shù)啦。讓我們馬上開始最后的部分吧!

讓一切關聯(lián)起來

當我們的應用第一次啟動時，需要創(chuàng)世賬戶 0000 發(fā)送 50 BTC 到我們的第一個賬戶。再從第一個賬戶轉賬 10 BTC 到第二個賬戶，這只需要寥寥三行代碼。最后 viewDidLoad 中的代碼如下：

override func viewDidLoad() { 
    super.viewDidLoad() 
    transaction(from: "0000", to: "\(firstAccount)", amount: 50, type: "genesis") 
    transaction(from: "\(firstAccount)", to: "\(secondAccount)", amount: 10, type: "normal") 
    chainState() 
    self.invalidAlert.addAction(UIAlertAction(title: "OK", style: .default, handler: nil)) 
} 

我們使用已定義好的函數(shù)轉賬，并調(diào)用 chainState() 函數(shù)。最后，我們還在 invalidAlert 中添加了一個標題為 OK 的 UIAlertAction。

現(xiàn)在讓我們來實現(xiàn)剩下的四個函數(shù)：ReMeNe()、BrimeMeNe()、ReSdEnter()和BuLeScript()。

挖礦函數(shù)

挖礦函數(shù)特別簡單，只需要三行代碼。添加以下代碼：

@IBAction func redMine(_ sender: Any) { 
    transaction(from: "0000", to: "\(firstAccount)", amount: 100, type: "normal") 
    print("New block mined by: \(firstAccount)") 
    chainState() 
} 
     
@IBAction func blueMine(_ sender: Any) { 
    transaction(from: "0000", to: "\(secondAccount)", amount: 100, type: "normal") 
    print("New block mined by: \(secondAccount)") 
    chainState() 
} 

在第一個挖礦函數(shù)中，我們使用交易函數(shù)從創(chuàng)世賬戶發(fā)送了 100 BTC 到第一個賬戶。我們打印了挖礦的區(qū)塊，然后打印了區(qū)塊鏈的狀態(tài)。同樣地，在 blueMine 函數(shù)中，我們轉給了第二個賬戶 100 BTC。

發(fā)送函數(shù)

發(fā)送函數(shù)和挖礦函數(shù)略微相似：

@IBAction func redSend(_ sender: Any) { 
    if redAmount.text == "" { 
        present(invalidAlert, animated: true, completion: nil) 
    } else { 
        transaction(from: "\(firstAccount)", to: "\(secondAccount)", amount: Int(redAmount.text!)!, type: "normal") 
        print("\(redAmount.text!) BTC sent from \(firstAccount) to \(secondAccount)") 
        chainState() 
        redAmount.text = "" 
    } 
} 
     
@IBAction func blueSend(_ sender: Any) { 
    if blueAmount.text == "" { 
        present(invalidAlert, animated: true, completion: nil) 
    } else { 
        transaction(from: "\(secondAccount)", to: "\(firstAccount)", amount: Int(blueAmount.text!)!, type: "normal") 
        print("\(blueAmount.text!) BTC sent from \(secondAccount) to \(firstAccount)") 
        chainState() 
        blueAmount.text = "" 
    } 
} 

首先，我們檢查 redAmount 或者 blueAmount 的文本值是否為空。如果為空，則彈出無效交易的提示框。如果不為空，則繼續(xù)下一步。我們使用交易函數(shù)從第一個賬戶轉賬到第二個賬戶(或者反向轉賬)，金額為輸入的數(shù)量。我們打印轉賬金額，并調(diào)用 chainState() 方法。最后，清空文本框。

就醬，工作完成!請檢查你的代碼是否和圖中一致：

這里寫圖片描述

現(xiàn)在運行應用并測試一下。從前端看，這就像一個正常的交易應用，但是運行在屏幕背后的可是區(qū)塊鏈啊!請嘗試使用應用將 BTC 從一個帳戶轉移到另一個帳戶，隨意測試，盡情把玩吧!

結論

在這個教程中，你已經(jīng)學會了如何使用 Swift 創(chuàng)建區(qū)塊鏈，并且創(chuàng)建了你自己的比特幣交易系統(tǒng)。請注意，真正加密貨幣的后端，和我們上面的實現(xiàn)完全不一樣，因為它需要用智能合約實現(xiàn)分布式，而本例僅用于學習。

在這個示例中，我們將區(qū)塊鏈技術應用于加密貨幣，然而你能想到區(qū)塊鏈的其他應用場景嗎?請留言分享給大家!希望你能學到更多新東西!

為了參考，你可以從 GitHub 下載完整的示例。