說明

本文根據(jù)https://github.com/liuchengxu/blockchain-tutorial的內(nèi)容，用python實(shí)現(xiàn)的，但根據(jù)個(gè)人的理解進(jìn)行了一些修改，大量引用了原文的內(nèi)容。文章末尾有"本節(jié)完整源碼實(shí)現(xiàn)地址"。

引言

交易（transaction）是比特幣的核心所在，而區(qū)塊鏈唯一的目的，也正是為了能夠安全可靠地存儲(chǔ)交易。在區(qū)塊鏈中，交易一旦被創(chuàng)建，就沒有任何人能夠再去修改或是刪除它。今天，我們將會(huì)開始實(shí)現(xiàn)交易。不過，由于交易是很大的話題，我會(huì)把它分為兩部分來講：在今天這個(gè)部分，我們會(huì)實(shí)現(xiàn)交易的基本框架。在第二部分，我們會(huì)繼續(xù)討論它的一些細(xì)節(jié)。

由于比特幣采用的是 UTXO 模型，并非賬戶模型，并不直接存在“余額”這個(gè)概念，余額需要通過遍歷整個(gè)交易歷史得來。

比特幣交易

點(diǎn)擊 這里 在 https://www.blockchain.com/explorer 查看下圖中的交易信息。

一筆交易由一些輸入（input）和輸出（output）組合而來：

class Transaction(object):
    def __init__(self, vins, vouts):
        self.txid = ''
        self.vins = vins
        self.vouts = vouts

對(duì)于每一筆新的交易，它的輸入會(huì)引用（reference）之前一筆交易的輸出（這里有個(gè)例外，coinbase 交易），引用就是花費(fèi)的意思。所謂引用之前的一個(gè)輸出，也就是將之前的一個(gè)輸出包含在另一筆交易的輸入當(dāng)中，就是花費(fèi)之前的交易輸出。交易的輸出，就是幣實(shí)際存儲(chǔ)的地方。下面的圖示闡釋了交易之間的互相關(guān)聯(lián)：

注意：

• 有一些輸出并沒有被關(guān)聯(lián)到某個(gè)輸入上
• 一筆交易的輸入可以引用之前多筆交易的輸出
• 一個(gè)輸入必須引用一個(gè)輸出

貫穿本文，我們將會(huì)使用像“錢（money）”，“幣（coin）”，“花費(fèi)（spend）”，“發(fā)送（send）”，“賬戶（account）” 等等這樣的詞。但是在比特幣中，其實(shí)并不存在這樣的概念。交易僅僅是通過一個(gè)腳本（script）來鎖定（lock）一些值（value），而這些值只可以被鎖定它們的人解鎖（unlock）。

每一筆比特幣交易都會(huì)創(chuàng)造輸出，輸出都會(huì)被區(qū)塊鏈記錄下來。給某個(gè)人發(fā)送比特幣，實(shí)際上意味著創(chuàng)造新的 UTXO 并注冊(cè)到那個(gè)人的地址，可以為他所用。

交易輸出

先從輸出（output）開始：

class TXOutput(object):
    def __init__(self, value, script_pub_key):
        self.value = value
        self.script_pub_key = script_pub_key

輸出主要包含兩部分：

一定量的比特幣(Value)

一個(gè)鎖定腳本(script_pub_key)，要花這筆錢，必須要解鎖該腳本。

實(shí)際上，正是輸出里面存儲(chǔ)了“幣”（注意，也就是上面的 Value 字段）。而這里的存儲(chǔ)，指的是用一個(gè)數(shù)學(xué)難題對(duì)輸出進(jìn)行鎖定，這個(gè)難題被存儲(chǔ)在 script_pub_key 里面。在內(nèi)部，比特幣使用了一個(gè)叫做 Script 的腳本語言，用它來定義鎖定和解鎖輸出的邏輯。雖然這個(gè)語言相當(dāng)?shù)脑迹ㄟ@是為了避免潛在的黑客攻擊和濫用而有意為之），并不復(fù)雜，但是我們也并不會(huì)在這里討論它的細(xì)節(jié)。你可以在這里 找到詳細(xì)解釋。

在比特幣中，value 字段存儲(chǔ)的是 satoshi 的數(shù)量，而不是 BTC 的數(shù)量。一個(gè) satoshi 等于一億分之一的 BTC(0.00000001 BTC)，這也是比特幣里面最小的貨幣單位（就像是 1 分的硬幣）。

由于還沒有實(shí)現(xiàn)地址（address），所以目前我們會(huì)避免涉及邏輯相關(guān)的完整腳本。script_pub_key 將會(huì)存儲(chǔ)一個(gè)任意的字符串（用戶定義的錢包地址）。

順便說一下，有了一個(gè)這樣的腳本語言，也意味著比特幣其實(shí)也可以作為一個(gè)智能合約平臺(tái)。

關(guān)于輸出，非常重要的一點(diǎn)是：它們是不可再分的（indivisible）。也就是說，你無法僅引用它的其中某一部分。要么不用，如果要用，必須一次性用完。當(dāng)一個(gè)新的交易中引用了某個(gè)輸出，那么這個(gè)輸出必須被全部花費(fèi)。如果它的值比需要的值大，那么就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)找零，找零會(huì)返還給發(fā)送方。這跟現(xiàn)實(shí)世界的場景十分類似，當(dāng)你想要支付的時(shí)候，如果一個(gè)東西值 1 美元，而你給了一個(gè) 5 美元的紙幣，那么你會(huì)得到一個(gè) 4 美元的找零。

發(fā)送幣

現(xiàn)在，我們想要給其他人發(fā)送一些幣。為此，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一筆新的交易，將它放到一個(gè)塊里，然后挖出這個(gè)塊。之前我們只實(shí)現(xiàn)了 coinbase 交易（這是一種特殊的交易），現(xiàn)在我們需要一種通用的普通交易：

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

在創(chuàng)建新的輸出前，我們首先必須找到所有的未花費(fèi)輸出，并且確保它們有足夠的價(jià)值（value），這就是 _find_spendable_outputs 方法要做的事情。隨后，對(duì)于每個(gè)找到的輸出，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)引用該輸出的輸入。接下來，我們創(chuàng)建兩個(gè)輸出：

一個(gè)由接收者地址鎖定。這是給其他地址實(shí)際轉(zhuǎn)移的幣。

一個(gè)由發(fā)送者地址鎖定。這是一個(gè)找零。只有當(dāng)未花費(fèi)輸出超過新交易所需時(shí)產(chǎn)生。記住：輸出是不可再分的。

這個(gè)方法對(duì)所有的未花費(fèi)交易進(jìn)行迭代，并對(duì)它的值進(jìn)行累加。當(dāng)累加值大于或等于我們想要傳送的值時(shí)，它就會(huì)停止并返回累加值，同時(shí)返回的還有通過交易 ID 進(jìn)行分組的輸出索引。我們只需取出足夠支付的錢就夠了。

現(xiàn)在我們修改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，讓我們來實(shí)現(xiàn) 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))

發(fā)送幣意味著創(chuàng)建新的交易，并通過挖出新塊的方式將交易打包到區(qū)塊鏈中。不過，比特幣并不是一連串立刻完成這些事情（雖然我們目前的實(shí)現(xiàn)是這么做的）。相反，它會(huì)將所有新的交易放到一個(gè)內(nèi)存池中（mempool），然后當(dāng)?shù)V工準(zhǔn)備挖出一個(gè)新塊時(shí)，它就從內(nèi)存池中取出所有交易，創(chuàng)建一個(gè)候選塊。只有當(dāng)包含這些交易的塊被挖出來，并添加到區(qū)塊鏈以后，里面的交易才開始確認(rèn)。

讓我們來檢查一下發(fā)送幣是否能工作：

首先我們要執(zhí)行main.py完成創(chuàng)世塊的構(gòu)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

余額查看

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,實(shí)現(xiàn)如下:

$ python3 cli.py balance zhangsanaddr 
zhangsanaddr balance is 980

先利用_find_unspent_transactions找出所有的未花費(fèi)交易，并判斷是否是當(dāng)前地址可以解鎖的，就找出了所有的UTXO。

測(cè)試一下效果:

$ python3 cli.py balance zhangsanaddr 
zhangsanaddr balance is 980

總結(jié)

雖然不容易，但是現(xiàn)在終于實(shí)現(xiàn)交易了！不過，我們依然缺少了一些像比特幣那樣的一些關(guān)鍵特性：

地址（address）。我們還沒有基于私鑰（private key）的真實(shí)地址。

獎(jiǎng)勵(lì)（reward）?，F(xiàn)在挖礦是肯定無法盈利的！

UTXO 集。獲取余額需要掃描整個(gè)區(qū)塊鏈，而當(dāng)區(qū)塊非常多的時(shí)候，這么做就會(huì)花費(fèi)很長時(shí)間。并且，如果我們想要驗(yàn)證后續(xù)交易，也需要花費(fèi)很長時(shí)間。而 UTXO 集就是為了解決這些問題，加快交易相關(guān)的操作。

內(nèi)存池（mempool）。在交易被打包到塊之前，這些交易被存儲(chǔ)在內(nèi)存池里面。在我們目前的實(shí)現(xiàn)中，一個(gè)塊僅僅包含一筆交易，這是相當(dāng)?shù)托У摹?/p>

參考：

[1] https://github.com/liuchengxu/blockchain-tutorial/blob/master/content/part-4/transactions-1.md

[2] 本節(jié)完整實(shí)現(xiàn)源碼

以上就是python區(qū)塊鏈簡易版交易實(shí)現(xiàn)示例的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于python區(qū)塊鏈交易的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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