區塊鏈 (Blockchain) 是一種突破性技術 (Disruptive Technologies)，近年漸獲關注。為什麼呢？因為區塊鏈是許多加密貨幣 (Cryptocurrencies) 如比特幣 (Bitcoin)、以太坊 (Ethereum)、萊特幣 (Litecoin) 的創始技術。那區塊鏈是如何運作的呢？在本次的教學裡，我將會談到所有關於區塊鏈技術的知識，以及如何用 Swift 來製作自己的「區塊鏈」。那麼，讓我們開始吧！
區塊鏈的運作
顧名思義，區塊鏈就是一個由不同的區塊串連在一起的「鏈」，每個區塊包含三則資訊：資料 (Data)、雜湊值 (Hash)、和前一個區塊的雜湊值。
- 資料 ── 依據使用情境，儲存在區塊的資料會因區塊鏈的類型而不同。例如，在比特幣區塊鏈中，儲存資料就是與交易有關的資訊，即是轉帳的金額、以及參與交易二人的資訊。
- 雜湊值 ── 你可以把雜湊想成是一種數位指紋，它是用來識別一個區塊及其資料。雜湊最重要的地方，就是它是一個獨一無二的字母數字 (Alphanumeric) 程式碼，通常會由 64 個字元組成。當一個區塊被創造時，雜湊值也同時產生。當一個區塊被更動時，雜湊值也會同時被更動。透過這種方式，當你想要查看區塊上的任何變動時，雜湊值就非常重要。
- 前一個區塊的雜湊值 ── 每個區塊就是藉由儲存前個區塊的雜湊來鏈結在一起，組成一個區塊鏈！這就是讓區塊鏈如此安全的原因。
看看這張圖片：
如你所見，每個區塊由資料（未顯示）、雜湊值、和前一個區塊雜湊值所組成。舉個例子，黃色區塊包含了自己的雜湊值 H7S6、和紅色區塊的雜湊值 8SD9。以這種方式，它們組成了一個鏈結，並以此連結在一起。現在，假設有個駭客入侵並嘗試更動紅色區塊。請記住，每次一個區塊以任何方式被更動時，區塊的雜值湊也會被更動！因此，當下一個區塊執行確認、並看到前一個區塊的雜湊值並不吻合時，它會有效地將自己從「鏈」中分離出來，而不會被駭客讀取。
這就是區塊練會如此安全的原因，你幾乎不可能嘗試回溯並更改任何資料。雜湊值提供了不錯的保密及隱私，但還有兩個安全機制來讓區塊鏈更加安全：驗證 (Proof-of-work) 及智慧合約 (Smart Contract)。雖然我不會詳述，但你可以在這裡了解更多。
區塊鏈最後一個保全方式就是基於它的位置。與大多儲存在伺服器或是資料庫內的資料不同，區塊鏈使用點對點網路 (Peer-To-Peer, P2P)，它是一種網路型態，允許任何人加入並將該網路上的資料分發給每位接收者。
每當有人加入這個網路時，他們就會得到區塊鏈的完整拷貝；每當有人建立一個新區塊時，就會傳送到網路內的所有人。然後，透過一些複雜的程式，讓節點 (Node) 在加入這個區塊到區塊鏈之前，先確認該區塊有否被竄改。就這樣，任何地方的任何人都可以取得這些資訊。如果你是 HBO 矽谷群瞎傳 (Silicon Valley) 的忠實粉絲，這聽起來可能有點熟悉，因為在這齣美劇裡，主角就是用了類似的技術來建立一個全新網路。
因為每個人或節點都有一份區塊鏈的拷貝，他們可以有共識並確認哪些區塊是合法的。因此，如果你想要駭入一個區塊，你必須駭入網路上超過 50% 的區塊來通過你的資訊。這就是為什麼區塊鏈或許是過去十年以來最安全的技術之一。
關於範例應用
現在你了解區塊鏈是如何運作了，那麼開始來製作我們的範例 App 吧！請先下載初始專案。
如你所見，我們有兩個比特幣錢包。第一個帳號 Account 1065 擁有 500 BTC，而第二個帳號 0217 則甚麼都沒有。我們利用傳送按鈕來傳送比特幣到其他帳號。為了賺取 BTC，我們按下 Mine 按鈕就可以獲得 50 BTC 為獎勵。基本來說，我們做的是當 App 執行時，利用控制台來觀察兩個比特幣帳號間的交易情況。
你會注意到，側邊欄裡有兩個重要的類別：Block 及 Blockchain。打開這些檔案，你會看到檔案是空的，那是因為我將會引導你寫出這些類別的邏輯。那我們開始吧！
在 Swift 定義 Block
前往 Block.swift 並添加程式碼以定義一個區塊。首先，讓我們了解一下區塊是什麼。我們先前定義了一個區塊由三個部分組成： 雜湊值、記錄的實際資料、以及前一個區塊的雜湊值。當我們想建立自己的區塊鏈時，必須要知道區塊的排序，這一點可以很容易地在 Swift 中定義。添加以下程式碼到類別裡：
var hash: String!
var data: String!
var previousHash: String!
var index: Int!
現在，我們需要添加最後一個重要的程式碼。我之前提到每次一個區塊被更動，雜湊就會改變；這就是區塊鏈如此安全的特色之一。所以我們必須建立一個函式來產生一個隨機字母數字的雜湊。這個函式只需要幾行程式碼：
func generateHash() -> String {
return NSUUID().uuidString.replacingOccurrences(of: "-", with: "")
}
NSUUID 是一個物件，代表橋接 UUID 的通用唯一值。它內置於 Swift 中，而且非常適合用來產生 32 字元的字串。這個函式產生一個 UUID，消除所有連字符 (-)，然後回傳 String，即區塊的雜湊。Block.swift 現在應該看起來像這樣：
我們已經定義了 Block 類別，接著讓我們定義 Blockchain 類別吧。切換到 Blockchain.swift。
在 Swift 定義 Blockchain
如前文所說，讓我們嘗試從基本面來了解區塊鏈。在基本的術語裡，區塊鏈只是區塊串在一起組成的鏈；換句話說，它是一個包含所有項目的列表。聽起來是不是有點熟悉呢？因為這就是陣列的定義，而這個陣列就是由區塊所組成！讓我們把下列的程式碼加進去吧：
var chain = [Block]()
你會注意到在陣列裡面包含了先前定義的 Block 類別，那是我們在區塊鏈中需要的所有變數。加入兩個函式到類別裡，我們就完成了。試著用我前文所教的來回答這個問題：
在一個區塊鏈中，兩個主要的函式是什麼？
希望你能夠回答這個問題！這兩個區塊鏈擁有的主要函式，是用來建立初始區塊，以及在後面新增新的區塊。當然，現在我不會下放這個鏈並加入智慧合約，但是這些是基本函式！加入以下程式碼到 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)
}
- 我們加入的第一個函式是用來建立初始區塊。為此，我們建立了一個函式來把區塊的資料作為 Input。然後，我們定義一個名為
genesisBlock的變數，並將它設為Block型別。因為它是Block型別，所以它有我們之前在Block.swift定義的所有變數及函式。我們設定generateHash()為雜湊、 Inputdata為資料 。因為這是第一個區塊，所以我們將前一個區塊的雜湊設定為 000，好讓我們知道這是初始區塊。我們將它的索引值設為 0 ，然後放到區塊鏈chain。 - 我們建立的下一個函式則適用於所有
genesisBlock後的區塊，而它會建立剩下的所有區塊。你會注意到它跟之前的函式非常相似，唯一的不同的是我們將previousHash設定為前一個區塊的雜湊，並將index設為它在區塊練的位置。
完成了！我們已經成功定義自己的 Blockchain！你的程式碼應該如下圖所示！
接著，我們將所有的部分連接到 ViewController.swift 檔案，並看看執行成果吧！
錢包後台 (Wallet Backend)
切換到 ViewController.swift，我們可以看到所有的 UI 元件都已經連結完畢。我們所需要做的就是處理交易，並將交易列印到控制台上。
然而在開始之前，我們應該稍微探討一下比特幣區塊鏈。比特幣來自一個總帳號，假設這個帳號的編號是 000。當你挖掘一顆比特幣時，就表示你解答了數學問題，並獲得一定數量的比特幣作為獎勵。這是發行貨幣一個很聰明的方法，同時也創造了讓更多人去挖掘的動機。在我們的 App 裡，我們將 100 BTC 作為獎勵。首先，讓我們在 ViewController 添加需要的變數：
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)
我們定義兩個帳號：一個編號為 1065，另一個編號為 0217。我們同時新增一個 bitcoinChain 變數來作為我們的區塊鏈，並將 reward 設定為 100。我們需要一個作為比特幣來源的主帳號：這是我們的初始帳號，編號為 0000，它擁有一千萬個比特幣。你可以把這個帳號當成銀行，在每一次的獎勵中，就會從中取出 100 個比特幣，並轉至合法的帳號裡。我們也定義一個警告，在每次交易無法完成時顯示。
現在，讓我們來寫些將會執行的泛用函式。你可以猜到這些函式是什麼嗎？
- 第一個函式是用來處理交易的。我們要確認傳送者及接收者的帳號中，接收或扣除的金額是正確的，而且這個資訊會被記錄在我們的區塊鏈上。
- 下一個函式是要在控制台裡印出完整的紀錄，它會顯示每個區塊及每個區塊內的資料。
- 最後一個函式是用來驗證區塊鏈是否合法，方法為確認前個區塊的雜湊是否符合下一個區塊的資訊。因為我們不會示範任何駭客方法，所以範例中的鏈永遠都是合法的。
Transaction 函式
以下是我們的泛用交易函式。在定義變數之下輸入以下程式碼：
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")
}
}
看起來程式碼很多，但是它的核心只是為每次的交易定義一些規則。在開頭的地方，我們有四個參數：to、from、amount 以及 type。To、From、及 Amount 的含義一目了然，而 Type 基本上就是定義交易的類型。這裡有兩種 Type：Normal 和 Genesis。一個 Normal 的交易類型會是在帳號 1065 與 0217 之間進行，而 Genesis 交易類型則會涉及到帳號 0000。
- 第一個
if-else條件式是關於來源帳號。如果來源帳號不存在或金額不足，我們會顯示交易無效的警告，然後結束函式。而如果通過的話，我們會更新數值 - 第二個
if-else條件式是關於接收帳號。如果接收帳號不存在，那麼我們隨它而去，然後結束函式。要不然，我們就會傳送正確的比特幣數量到帳號。 - 第三個
if-else條件式處理交易的類型。如果一個交易涉及初始區塊，我們就建立一個新的初始區塊；反之我們建立一個新區塊來儲存資料。
。
Printing 函式
在每次交易的最後，我們想要看到一個清單列出所有交易，來確保我們知道所有發生的事情。以下是我們在 transaction 函式下輸入的程式碼：
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 for 迴圈，包含 bitcoinChain 的每個區塊。我們印出區塊的編號、雜湊值、前個區塊的雜湊、以及儲存的資料，再更新 UILabel 來顯示每個帳號內正確的 BTC 數目。最後，印出一個列出每個帳號的清單（應該會有三個），並驗證鏈的合法性。
現在，你應該會在函式最後一行中發生錯誤。這是因為我們還沒定義 chainValidity() 函式，那麼就來開始吧！
Validity 函式
記住，如果前一個區塊的雜湊值符合目前區塊所描述的內容，那麼這一個鏈就是合法的。我們可以輕易地用另一個 for 迴圈來重複驗證每個區塊。
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"
}
跟之前有點相似，我們在 bitcoinChain 中重複驗證每個區塊，來確認前一個區塊的雜湊值是否與目前區塊所描述的內容符合。
這樣就完成了！我們已經定義了函式，並將會每次都用到它們！你的 ViewController.swift 現在應該看起來像這樣：
現在我們只需要將按鈕連接到函式就完成了，來開始最後的篇章吧！
將所有東西連結在一起
當我們的 App 首次啟動時，我們想讓初始帳號 0000 傳送 50 BTC 到我們的第一個帳號。然後，我們將讓第一個帳號傳送 10 BTC 到第二個帳號。這個步驟僅需三行程式碼就可以完成。如此更改你的 viewDidLoad 函式：
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))
}
我們使用先前定義好的函式，並在最後呼叫 chainState()。同時，我們新增一個 OK 按鈕到交易無效的警告中。
現在讓我們來看看剩下的四個函式裡要加入什麼：redMine()、blueMine()、redSend() 及 blueSend()。
挖礦函式
挖礦函式非常地簡單，只要三行程式碼就行了。這就是我們要添加的程式碼：
@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()
}
在第一個挖礦函式中，我們使用 transaction 函式從初始帳號傳送 100 BTC 到第一個帳號，先印出一個區塊被挖出，再印出 chainState。同樣地，我們在 blueMine 函式裡將 100 BTC 傳送到第二個帳號。
傳送函式
傳送函式與先前的函式也稍微相似。
@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，我們確認 redAmount 或 blueAmount 中的文字欄位是否為空值。如果是，我們會顯示一個交易無效的警告。如果不是，我們就可以繼續。我們使用 transaction 函式輸入金額，並把交易設為 normal 型態，以將第一個帳號的金額傳送到第二個帳號（或相反）。我們印出被傳送的金額，然後呼叫 chainState() 函式。最後，把文字欄位清空。
這樣我們就完成囉！確認一下你的程式碼是否符合下圖所示。
執行 App 試試看！從前端來說，它看起來就如一個普通的交易 App，但你會知道它後台的運作。試試使用 App 將 BTC 從一個帳號交易給另一個帳號、並試著欺騙 App 吧！
結論
在這次的教學中，你學到了如何使用 Swift 來建立一個區塊鏈，並建立自己的比特幣交易。請注意在真實的加密貨幣後台裡，實作部分是跟上文是完全不一樣的東西，因為它需要藉由智慧合約來分散，但是上面的示範內容用來學習的。
在這個範例中，我們運用了比特幣來當加密貨幣，但你能想到區塊鏈還的其他用途嗎？歡迎在下面留言分享你的看法！希望你在此學到新的東西！
你可以在 Github 下載完整專案作參考。