说明
本文根据https://github.com/liuchengxu/blockchain-tutorial的内容,用python实现的,但根据个人的理解进行了一些修改,大量引用了原文的内容。文章末尾有"本节完整源码实现地址"。
引言
交易(transaction)是比特币的核心所在,而区块链唯一的目的,也正是为了能够安全可靠地存储交易。在区块链中,交易一旦被创建,就没有任何人能够再去修改或是删除它。今天,我们将会开始实现交易。不过,由于交易是很大的话题,我会把它分为两部分来讲:在今天这个部分,我们会实现交易的基本框架。在第二部分,我们会继续讨论它的一些细节。
由于比特币采用的是 UTXO 模型,并非账户模型,并不直接存在“余额”这个概念,余额需要通过遍历整个交易历史得来。
比特币交易
点击 这里 在 https://www.blockchain.com/explorer 查看下图中的交易信息。
一笔交易由一些输入(input)和输出(output)组合而来:
class Transaction(object): def __init__(self, vins, vouts): self.txid = '' self.vins = vins self.vouts = vouts
对于每一笔新的交易,它的输入会引用(reference)之前一笔交易的输出(这里有个例外,coinbase 交易),引用就是花费的意思。所谓引用之前的一个输出,也就是将之前的一个输出包含在另一笔交易的输入当中,就是花费之前的交易输出。交易的输出,就是币实际存储的地方。下面的图示阐释了交易之间的互相关联:
注意:
- 有一些输出并没有被关联到某个输入上
- 一笔交易的输入可以引用之前多笔交易的输出
- 一个输入必须引用一个输出
贯穿本文,我们将会使用像“钱(money)”,“币(coin)”,“花费(spend)”,“发送(send)”,“账户(account)” 等等这样的词。但是在比特币中,其实并不存在这样的概念。交易仅仅是通过一个脚本(script)来锁定(lock)一些值(value),而这些值只可以被锁定它们的人解锁(unlock)。
每一笔比特币交易都会创造输出,输出都会被区块链记录下来。给某个人发送比特币,实际上意味着创造新的 UTXO 并注册到那个人的地址,可以为他所用。
交易输出
先从输出(output)开始:
class TXOutput(object): def __init__(self, value, script_pub_key): self.value = value self.script_pub_key = script_pub_key
输出主要包含两部分:
一定量的比特币(Value
)
一个锁定脚本(script_pub_key
),要花这笔钱,必须要解锁该脚本。
实际上,正是输出里面存储了“币”(注意,也就是上面的 Value
字段)。而这里的存储,指的是用一个数学难题对输出进行锁定,这个难题被存储在 script_pub_key
里面。在内部,比特币使用了一个叫做 Script 的脚本语言,用它来定义锁定和解锁输出的逻辑。虽然这个语言相当的原始(这是为了避免潜在的黑客攻击和滥用而有意为之),并不复杂,但是我们也并不会在这里讨论它的细节。你可以在这里 找到详细解释。
在比特币中,value
字段存储的是 satoshi 的数量,而不是 BTC 的数量。一个 satoshi 等于一亿分之一的 BTC(0.00000001 BTC),这也是比特币里面最小的货币单位(就像是 1 分的硬币)。
由于还没有实现地址(address),所以目前我们会避免涉及逻辑相关的完整脚本。script_pub_key
将会存储一个任意的字符串(用户定义的钱包地址)。
顺便说一下,有了一个这样的脚本语言,也意味着比特币其实也可以作为一个智能合约平台。
关于输出,非常重要的一点是:它们是不可再分的(indivisible)。也就是说,你无法仅引用它的其中某一部分。要么不用,如果要用,必须一次性用完。当一个新的交易中引用了某个输出,那么这个输出必须被全部花费。如果它的值比需要的值大,那么就会产生一个找零,找零会返还给发送方。这跟现实世界的场景十分类似,当你想要支付的时候,如果一个东西值 1 美元,而你给了一个 5 美元的纸币,那么你会得到一个 4 美元的找零。
发送币
现在,我们想要给其他人发送一些币。为此,我们需要创建一笔新的交易,将它放到一个块里,然后挖出这个块。之前我们只实现了 coinbase 交易(这是一种特殊的交易),现在我们需要一种通用的普通交易:
def new_transaction(self, from_addr, to_addr, amount): inputs = [] outputs = [] acc, valid_outpus = self._find_spendable_outputs(from_addr, amount) if acc < amount: raise NotEnoughAmountError(u'not enough coin') for txid, outs in valid_outpus.items(): for out in outs: out_index = out[0] input = TXInput(txid, out_index, from_addr) inputs.append(input) output = TXOutput(amount, to_addr) outputs.append(output) if acc > amount: # a change outputs.append(TXOutput(acc - amount, from_addr)) tx = Transaction(inputs, outputs) tx.set_id() return tx
在创建新的输出前,我们首先必须找到所有的未花费输出,并且确保它们有足够的价值(value),这就是 _find_spendable_outputs
方法要做的事情。随后,对于每个找到的输出,会创建一个引用该输出的输入。接下来,我们创建两个输出:
一个由接收者地址锁定。这是给其他地址实际转移的币。
一个由发送者地址锁定。这是一个找零。只有当未花费输出超过新交易所需时产生。记住:输出是不可再分的。
这个方法对所有的未花费交易进行迭代,并对它的值进行累加。当累加值大于或等于我们想要传送的值时,它就会停止并返回累加值,同时返回的还有通过交易 ID 进行分组的输出索引。我们只需取出足够支付的钱就够了。
现在我们修改add_block
方法:
def add_block(self, transactions): """ add a block to block_chain """ last_block = self.get_last_block() prev_hash = last_block.get_header_hash() height = last_block.block_header.height + 1 block_header = BlockHeader('', height, prev_hash) block = Block(block_header, transactions) block.mine() block.set_header_hash() self.db.create(block.block_header.hash, block.serialize()) last_hash = block.block_header.hash self.set_last_hash(last_hash)
最后,让我们来实现 send
方法:
def send(bc, from_addr, to_addr, amount): bc = BlockChain() tx = bc.new_transaction(from_addr, to_addr, amount) bc.add_block([tx]) print('send %d from %s to %s' %(amount, from_addr, to_addr))
发送币意味着创建新的交易,并通过挖出新块的方式将交易打包到区块链中。不过,比特币并不是一连串立刻完成这些事情(虽然我们目前的实现是这么做的)。相反,它会将所有新的交易放到一个内存池中(mempool),然后当矿工准备挖出一个新块时,它就从内存池中取出所有交易,创建一个候选块。只有当包含这些交易的块被挖出来,并添加到区块链以后,里面的交易才开始确认。
让我们来检查一下发送币是否能工作:
首先我们要执行main.py完成创世块的构建
$ python3 main.py Mining a new block Found nonce == 17ash_hex == 01ded3ff2872093f2eefcd7b8b5b264e96996f31f933e6636db034b4151b61aa Block(_block_header=BlockHeader(timestamp='1551086196.4749706', hash_merkle_root='', prev_block_hash='', hash='ce93f6e1a2f7dec3a538e8b6397e4b8eba59bace2e7ac08f82875447d2660173', nonce=None, height=0)) Block(_block_header=BlockHeader(timestamp='1551086196.6248493', hash_merkle_root='', prev_block_hash='', hash='d5ecad2ed10a978e2f280e62d6a25ce4def6cdfc66ac9dcd124c24c5a4b9ac07', nonce=17, height=1))
$ python3 cli.py send --from zhangsanaddr --to lisiaddr --amount 10 Found nonce == 0ash_hex == 08c67066d0c7fc8d2ef80076e91626ff05999046ae0248e1971b99a30541518b send 10 from zhangsanaddr to lisiaddr
余额查看
def get_balance(bc, addr): balance = 0 utxos = bc.find_UTXO(addr) for utxo in utxos: balance += utxo.value print('%s balance is %d' %(addr, balance))
find_UTXO
方法找出所有的UTXO,实现如下:
$ python3 cli.py balance zhangsanaddr zhangsanaddr balance is 980
先利用_find_unspent_transactions
找出所有的未花费交易,并判断是否是当前地址可以解锁的,就找出了所有的UTXO。
测试一下效果:
$ python3 cli.py balance zhangsanaddr zhangsanaddr balance is 980
总结
虽然不容易,但是现在终于实现交易了!不过,我们依然缺少了一些像比特币那样的一些关键特性:
地址(address)。我们还没有基于私钥(private key)的真实地址。
奖励(reward)。现在挖矿是肯定无法盈利的!
UTXO 集。获取余额需要扫描整个区块链,而当区块非常多的时候,这么做就会花费很长时间。并且,如果我们想要验证后续交易,也需要花费很长时间。而 UTXO 集就是为了解决这些问题,加快交易相关的操作。
内存池(mempool)。在交易被打包到块之前,这些交易被存储在内存池里面。在我们目前的实现中,一个块仅仅包含一笔交易,这是相当低效的。
参考:
[1] https://github.com/liuchengxu/blockchain-tutorial/blob/master/content/part-4/transactions-1.md
[2] 本节完整实现源码
以上就是python区块链简易版交易实现示例的详细内容,更多关于python区块链交易的资料请关注脚本之家其它相关文章!