本來想把第四章Proof of Work都打完的，聖誕假期寫不了太多大家見諒，真的有人看的話啦。

首先以Day 4的transaction範例為基礎給出目前的區塊(block)格式:

# -*- coding: utf-8 -*-
import ecdsa
import time
import copy

# 小明
owner1_sk = ecdsa.SigningKey.generate(curve=ecdsa.SECP256k1)
owner1_vk = owner1_sk.get_verifying_key()

# 區塊鏈的第一個區塊在術語中叫做創世區塊(Genesis block)
# 不然後面加進來的區塊沒東西連
Genesis_block = {
    'prev_Hash': '', # 明天才用到 先放著
    'nonce': '', # 明天才用到 先放著
    'timestamp': int(time.time()), # 區塊的產生時間，使用uinx timestamp，精確到秒
    'Txs': [ # 一個block裡面會有很多個transaction紀錄
        # 假設一筆transaction
        # 有個叫小明的一開始有1000萬
        {  
            'owner_vk': owner1_vk, # 小明的公鑰
            'preowner_vk': '先假設整個網路都認可',
            'data': '放了1000萬',
            'signature': '先假設整個網路都認可'
        }
    ] 
}

# 假設網路上有100個節點好了
# 先模擬一下
nodes = []
blockchain = [Genesis_block]
for i in range(100):
    nodes.append(copy.copy(blockchain))

# 將區塊昭告天下
def broadcast(new_block):
    # trace block看裡面的transaction跟前面的能不能對上
    # 不過後面的章節才會講到實際的transaction中的內容
    # 我們先假設一個transaction的內容只能跟之後的交易一次
    # 第i個node的第j的區塊的第k個transaction
    for i in range(len(nodes)):
        check_legel = True
        for j in range(len(nodes[i])):
            for k in range(len(nodes[i][j]['Txs'])):
                for l in range(len(new_block['Txs'])):
                    if nodes[i][j]['Txs'][k]['preowner_vk'] == new_block['Txs'][l]['preowner_vk']:
                        check_legel = False
        if check_legel == True:
            nodes[i].append(new_block)
            print("node %d:紀錄了新block中的所有交易" % i)
        else:
            print("node %d:抱歉，這筆交易有人先做了，不能重複交易" % i)

# 將交易加入區塊中
def add_tran(tran, block = None):
    if block == None:
        block = {
            'prev_Hash': '', # 明天才用到 先放著
            'nonce': '', # 明天才用到 先放著
            'timestamp': int(time.time()), 
            'Txs': []
    }
    block['Txs'].append(tran)
    return block

# 談好一筆交易了
def trade(pre_tran, data, pre_sk, now_vk):
    
    transaction = {
        'owner_vk': now_vk,
        'preowner_vk': pre_tran['owner_vk'],
        'data': data,
        'signature': pre_sk.sign(str(pre_tran) + now_vk.to_pem())
    }      

    # 交易談好了
    # 現在確認上一個transaction的擁有者有沒有偷改他以前的交易內容
    try:
        pre_tran['owner_vk'].verify(transaction['signature'], str(pre_tran) + now_vk.to_pem())
        return transaction
    except:
        print('有騙子?!')
        

基本運作與論文第四章Proof of Work的圖示對應:

在該論文中transaction裡面實際如何運作交易要到後面的章節才會提到，到目前都先關注在資料如何確保安全不被竄改。

在昨天我們最後提到必須把交易昭告天下，讓網路上所有的節點都知道這筆交易並且記錄下來，這樣當有人想重複交易的時候，其他所有人都拿出自己的紀錄開始查帳，就會發現不對阿，裡面的錢已經被花過了。

如下方的python code所示:

# 延續上面的python code來演示操作

# 小華
owner2_sk = ecdsa.SigningKey.generate(curve=ecdsa.SECP256k1)
owner2_vk = owner2_sk.get_verifying_key()

transaction2 = trade(blockchain[0]['Txs'][0], '1000萬拿去收好', owner1_sk, owner2_vk)

# 小明黨羽(也可能是小明自導自演)
owner_other_sk = ecdsa.SigningKey.generate(curve=ecdsa.SECP256k1)
owner_other_vk = owner_other_sk.get_verifying_key()

transaction_other = trade(blockchain[0]['Txs'][0], '同一個1000萬拿去收好', owner1_sk, owner_other_vk)


# 小明黨羽的交易被加入某個區塊並廣播了
block1_other = add_tran(transaction_other)
broadcast(block1_other)
'''
node 0:紀錄了新block中的所有交易
node 1:紀錄了新block中的所有交易
node 2:紀錄了新block中的所有交易
node 3:紀錄了新block中的所有交易
node 4:紀錄了新block中的所有交易
....
'''

# 小華的交易被加入某個區塊並廣播了
# 假設這隻程式是循序執行的
# 小華晚了一步 不過也只是交易沒成功罷了
# 嚴格說起來也沒有損失
block1 = add_tran(transaction2)
broadcast(block1)
'''
node 0:抱歉，這筆交易有人先做了，不能重複交易
node 1:抱歉，這筆交易有人先做了，不能重複交易
node 2:抱歉，這筆交易有人先做了，不能重複交易
node 3:抱歉，這筆交易有人先做了，不能重複交易
node 4:抱歉，這筆交易有人先做了，不能重複交易
....
'''

請注意在上面的程式碼中，小明就算這樣做對小華其實沒有產生什麼損失，因為可以當作在把區塊昭告天下成功加入區塊鏈後才算交易完成的時間點。雖然每個node保有的區塊鏈中沒有重複交易了，可是如何保證node間的區塊鏈一致呢?誰來決定哪個區塊能被加入鏈中？讓我們繼續看下去。

相關參考資源:

《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》
https://bitcoin.org/bitcoin.pdf