构建第一个 Swift 区块链应用

栏目: Swift · 发布时间: 6年前

内容简介:作者:Sai Kambampati,译者:区块链作为一项革命性的技术,开始受到越来越多追捧。为什么呢?因为区块链是许多加密数字货币的底层技术,比如:比特币(BTC),以太坊(ETH)以及莱特币(LTC)。区块链具体是如何工作的?本篇教程会涵盖所有区块链相关的知识,还会教你如何构建 Swift 区块链。下面让我们开始吧!

作者:Sai Kambampati, 原文链接 ,原文日期:2018-05-31

译者: 小袋子 ;校对:liberalism, numbbbbb ;定稿: CMB

区块链作为一项革命性的技术,开始受到越来越多追捧。为什么呢?因为区块链是许多加密数字货币的底层技术,比如:比特币(BTC),以太坊(ETH)以及莱特币(LTC)。区块链具体是如何工作的?本篇教程会涵盖所有区块链相关的知识,还会教你如何构建 Swift 区块链。下面让我们开始吧!

区块链的工作原理

顾名思义,区块链是一条由不同区块连接组成的链。每一个块包含三个信息:数据、哈希(hash)、以及前置区块的哈希。

1、数据– 由于应用场景不同,存储在区块中的数据由区块链的类型决定。例如,在比特币区块链中,存储的数据是交易信息:转账金额和交易双方的信息。

2、哈希– 你可以将哈希看做数字指纹,用来唯一标识一个区块及其数据。哈希的重要之处在于它是一个独特的字母数字代码,通常是 64 个字符。当一个区块被创建时,哈希也随之创建。当一个区块被修改,哈希也随之修改。因此,当你想要查看在区块上所做的任何变更时,哈希就显得非常重要。

3、前置区块的哈希– 通过存储前置区块的哈希,你可以还原每个区块连接成区块链的过程!这使得区块链安全性特别高。

我们来看下这张图片:

构建第一个 Swift 区块链应用

你可以看到,每一个区块包含数据(图片中没有指明)、哈希以及前置区块的哈希。例如,黄色区块包含自身的哈希:H7s6,以及红色区块的哈希:8SD9。这样它们就构成了一条相互连接的链。现在,假如有一个黑客准备恶意篡改红色的区块。请记住,每当块以任何方式被篡改时,该区块的哈希都会改变!当下一个区块检查并发现前置哈希不一致时,黑客将无法访问它,因为他与前置区块的联系被切断了(译者注:即如果黑客想要要篡改一个区块的话,就需要把这个区块后面的所有区块都要改掉,而这个工作量是很难实现的)。

这使得区块链特别安全,几乎不可能回滚或者篡改任何数据。虽然哈希为保密和隐私提供了巨大的保障,但是还有两个更加安全妥当的措施让区块链更加安全:工作量证明(Proof-of-Work)以及智能合约(Smart Contracts)。本文我不会深入讲解,你可以 在这里 了解更多相关知识。

区块链最后一个保证自身安全性的方式是基于其定位。和大多数存储在服务器和数据库的数据不同,区块链使用的是点对点(P2P)网络。P2P 是一种允许任何人加入的网络,并且该网络上的数据会分发给每一个接收者。

每当有人加入这个网络,他们就会获得一份区块链的完整拷贝。每当有人新建一个区块,就会广播给全网。在将该块添加到链之前,节点会通过几个复杂的程序确定该块是否被篡改。这样,所有人、所有地方都可以使用这个信息。如果你是 HBO 美剧硅谷 的粉丝,对此应该不会感到陌生。在该剧中,主演(Richard)使用一种相似的技术创造了新型互联网(译者注:有趣的是剧中还发行了区块链数字货币 PiedPaperCoin,感兴趣的童鞋可以刷一下这部剧)。

因为每个人都有区块链或者节点的一份拷贝,他们可以达成一种共识并决定哪部分区块是有效的。因此,如果你想要攻击某个区块,你必须同时攻击网络上 50% 以上的区块(译者:51% 攻击),使得你的区块可以追上并替换原区块链。所以区块链或许是过去十年所创造的最安全的技术之一。

关于示例程序

现在你已经对区块链的原理有了初步的认识,那么我们就开始写示例程序吧!你可以在这里下载 原始项目

如你所见,我们有两个比特币钱包。第一个账户 1065 有 500 BTC,而第二个账户 0217 没有 BTC。我们通过 send 按钮可以发送比特币到另外的账户。为了赚取 BTC,我们可以点击 Mine 按钮,可以获得 50 BTC 的奖励。我们主要工作是查看控制台输出,观察两个账户间的交易过程。

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在左侧导航栏可以看到两个很重要的类: BlockBlockchain 。目前这两个类都是空实现,我会带着你们在这两个类中写入相关逻辑。下面让我们开始吧!

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在 Swift 中定义区块

首先打开 Block.swift 并添加定义区块的代码。在此之前,我们需要定义区块是什么。前面我们曾定义过,区块是由三部分组成:哈希、实际记录的数据以及前置区块的哈希。当我们想要构建我们的区块链时,我们必须知道该区块是第一个还是第二个。我们可以很容易地在 Swift 的类中做如下定义:

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

现在需要添加最重要的代码。我曾提过区块在被修改的情况下,哈希也会随之变化,这是区块链如此安全的特性之一。因此我们需要创建一个函数去生成哈希,该哈希由随机字母和数字组成。这个函数只需要几行代码:

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

NSUUID 是一个代表通用唯一值的对象,并且可以桥接成 UUID。它可以快速地生成 32 个字符串。本函数生成一个 UUID,删除其中的连接符,然后返回一个 String ,最后将结果作为区块的哈希。 Block.swift 现在就像下面:

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现在我们已经定义好了 Block 类,下面来定义 Blockchain 类,首先切换到 Blockchain.swift

在 Swift 中定义区块链

和之前一样,首先分析区块链的基本原理。用非常基础的术语来说,区块链只是由一连串的区块连接而成,也可以说是一个由多个条目组成的列表。这是不是听起来很熟悉呢?其实这就是数组的定义!而且这个数组是由区块组成的!接下来添加以下代码:

var chain = [Block]()
快速提示: 这个方法可以应用于计算机科学世界里的任何事物。如果你遇到大难题,可以尝试把它分解成若干个小问题,以此来建立起解决问题的方法,正如我们解决在 Swift 中如何添加区块和区块链的问题。

你会注意到数组里面是我们前面定义的 Block 类,这就是区块链所需要的所有变量。为了完成功能,我们还需要在类中添加两个函数。请尝试着根据我之前教过的方法解答这个问题。

区块链中的两个主要函数是什么?

我希望你能认真思考并回答这个问题!实际上,区块链的两个主要功能是创建创世区块(最初的始块),以及在其结尾添加新的区块。当然现在我不打算实现分叉区块链和添加智能合约的功能,但你必须了解这两个是基本功能!将以下代码添加到 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、我们添加的第一个函数的作用是创建创世区块。为此,我们创建了一个以区块数据为入参的函数。然后定义了一个类型为 Block 的变量 genesisBlock ,它拥有此前在 Block.swift 中定义的所有变量和函数。我们将 generateHash() 赋值给哈希,将输入的 data 参数赋值给数据。由于这是第一个区块,我们将前置区块的哈希设为 0000,这样我们就可以知道这是起始区块。最后我们将 index 设为 0,并将这个区块加入到区块链中。

2、我们创建的第二个函数适用于 genesisBlock 之后的所有区块,并且能创建剩余的区块。你会注意到它与第一个函数非常相似。唯一的区别是,我们将 previousHash 的值设置为前一个区块的哈希值,并将 index 设置为它在区块链中的位置。就这样,区块链已经定义好了!你的代码应该看起来跟下图一样!

构建第一个 Swift 区块链应用

钱包后端

现在切换到 ViewController.swift ,我们会发现所有的 outlet 都已经连接好了。我们只需要处理交易,并将其输出到控制台。

然而在此之前,我们需要稍微研究一下比特币的区块链。比特币是由一个总账户产生的,我们将这个账号的编号称为 0000。当你挖到一个 BTC,意味着你解决了数学问题,因此会发行一定数量的比特币作为奖励。这提供了一个发币的高明方法,并且可以激励更多人去挖矿。在我们的应用,让我们把挖矿奖励设为 100 BTC。首先,在视图控制器中添加所需的变量:

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)

首先定义号码为 1065 和 0217 的两个账号。然后添加一个名为 bitcoinChain 的变量作为我们的区块链,并将 reward 设为 100。我们需要一个主帐户作为所有比特币的来源:即创世帐户 0000。里面有 1000 万个比特币。你可以把这个账户想象成一个银行,所有因奖励产生的 100 个比特币都经此发放到合法账户中。我们还定义了一个提醒弹窗,每当交易无法完成时就会弹出。

现在,让我们来编写几个运行时需要的通用函数。你能猜出是什么函数吗?

1、第一个函数是用来处理交易的。我们需要确保交易双方的账户,能够接收或扣除正确的金额,并将这些信息记录到我们的区块链中。

2、下一个函数是在控制台中打印整个记录 —— 它将显示每个区块及其中的数据。

3、最后一个是用于验证区块链是否有效的函数,通过校验下一个区块的 previousHash 和上一个区块 hash 是否匹配。由于我们不会演示任何黑客方法,因此在我们的示例程序中,区块链是永远有效的。

交易函数

下面是一个通用的交易函数,请在我们定义的变量下方输入以下代码:

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")
    }
}

代码量看起来好像很大,但主要是定义了每个交易需要遵循的一些规则。一开始是函数的四个参数:

tofromamounttype 。前三个参数不需要再解释了,而 Type 主要用于定义交易的类型。总共有两个类型:正常类型(normal) 和创世类型(genesis)。正常类型的交易会发生在账户 1065 和 2017 之间,而创世类型将会涉及到账户 0000。

1、第一个 if-else 条件语句处理转出账户的信息。如果账户不存在或者余额不足,将会提示交易不合法并返回。

2、第二个 if-else 条件语句处理转入账户的信息。如果账户不存在,则创建新账户并转入相应的比特币。反之,则向该账户转入正确数量的比特币。

3、最后一个 if-else 条件语句处理交易类型。如果类型是创世类型,则添加一个创世区块,否则创建一个新的区块存储数据。

打印函数

为了确保交易正确执行,在每个交易结束后,我们希望拿到所有交易的清单。以下是我们在交易函数下方的代码,用来打印相关信息:

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())
}

这是一个简单的循环语句,遍历 bitcoinChain 中的所有区块,并打印区块号码,哈希,前置哈希,以及存储的数据。同时我们更新了界面中的标签(label),这样就可以显示账户中正确的 BTC 数量。最后,打印所有的账户(应该是 3 个),并校验区块链的有效性。

现在你应该会在函数的最后一行发现一个错误。这是由于我们还没有实现 chainValidity() 函数,让我们马上开始吧。

有效性函数

判断一个链是否有效的标准是:前置区块的哈希与当前区块所表示的是否匹配。我们可以再次用循环语句来遍历所有的区块:

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"
}

和之前一样,我们遍历了 bitcoinChain 中的所有区块,并检查了前置区块的 hash 是否与当前区块的 previousHash 一致。

就酱!我们已经将定义了所有需要的函数!你的 ViewController.swift 应该如下图一样:

构建第一个 Swift 区块链应用

收尾工作就是连接按钮和函数啦。让我们马上开始最后的部分吧!

让一切关联起来

当我们的应用第一次启动时,需要创世账户 0000 发送 50 BTC 到我们的第一个账户。再从第一个账户转账 10 BTC 到第二个账户,这只需要寥寥三行代码。最后 viewDidLoad 中的代码如下:

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))
}

我们使用已定义好的函数转账,并调用 chainState() 函数。最后,我们还在 invalidAlert 中添加了一个标题为 OK 的 UIAlertAction

现在让我们来实现剩下的四个函数: ReMeNe()BrimeMeNe()ReSdEnter()BuLeScript()

挖矿函数

挖矿函数特别简单,只需要三行代码。添加以下代码:

@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()
}

在第一个挖矿函数中,我们使用交易函数从创世账户发送了 100 BTC 到第一个账户。我们打印了挖矿的区块,然后打印了区块链的状态。同样地,在 blueMine 函数中,我们转给了第二个账户 100 BTC。

发送函数

发送函数和挖矿函数略微相似:

@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,我们检查 redAmount 或者 blueAmount 的文本值是否为空。如果为空,则弹出无效交易的提示框。如果不为空,则继续下一步。我们使用交易函数从第一个账户转账到第二个账户(或者反向转账),金额为输入的数量。我们打印转账金额,并调用 chainState() 方法。最后,清空文本框。

就酱,工作完成!请检查你的代码是否和图中一致:

构建第一个 Swift 区块链应用

现在运行应用并测试一下。从前端看,这就像一个正常的交易应用,但是运行在屏幕背后的可是区块链啊!请尝试使用应用将 BTC 从一个帐户转移到另一个帐户,随意测试,尽情把玩吧!

结论

在这个教程中,你已经学会了如何使用 Swift 创建区块链,并且创建了你自己的比特币交易系统。请注意,真正加密货币的后端,和我们上面的实现完全不一样,因为它需要用智能合约实现分布式,而本例仅用于学习。

在这个示例中,我们将区块链技术应用于加密货币,然而你能想到区块链的其他应用场景吗?请留言分享给大家!希望你能学到更多新东西!

为了参考,你可以从 GitHub 下载 完整的示例

本文由 SwiftGG 翻译组翻译,已经获得作者翻译授权,最新文章请访问http://swift.gg。


以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持 码农网

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