Derek：剖析源碼，一文理解比原鏈

2018年11月17日上午，「2018比原鏈全球開發者大會」正式在杭州國際博覽中心（G20會館）開幕，這是杭州第一次由開源組織舉辦的技術型峰會，也是杭州被譽為區塊鏈之城以來規模最大的一場區塊鏈開發者大賽，100+開發團隊歷經4個月激烈廝殺，16支團隊將在本次大會上展開最終角逐。

在大賽進行過程中，資深程序員，比原社區的開發者Derek作了題為《GO語言公鏈實戰》的分享。這是即將上市的一本圖書，它主要討論了GO語言的使用，而比原鏈是該書剖析GO語言的一個具體項目。

「現在講區塊鏈的書很多，但真正深入公鏈的書不多，而從一個技術語言入手，去剖析區塊鏈技術的就更少了。我認為Go語言是區塊鏈未來的趨勢，我這本書就是想通過對比原代碼的剖析，讓更多程序員了解區塊鏈。」Derek說。

以下為Derek演講，經巴比特整理：

大家好，今天主要和大家分享一下關於比原鏈的技術細節。主要四個方面，第一，比原鏈的總架構；第二，虛擬機的堆棧實現；第三，區塊快速同步和定期同步原理；第四，P2P節點狀態機。

上面是比原鏈總架構圖，比原鏈官方提供了一個三層架構圖，我在這上面細化了一下。第一層是用戶交互層，比原鏈提供兩種用戶交互工具，包括bytomcli、Bytom-dashboard，我們開發者用得比較多。第二層是介面層，ApiServer服務，主要接收交互層工具的請求和處理請求，並響應請求。第三層是內核層，是比原鏈的核心，佔整體代碼54%左右。最主要的兩塊是交易管理，交易的構建、交易的簽名和交易的提交。包括智能合約，它也有這三個過程。智能合約運行在bvm虛擬機，還有Equity語言，今天參賽選手都是用Equity語言做代碼編寫。還有BUTXO，這是比原鏈在比特幣UTXO上做了一些拓展。

再下一層是錢包層，大家用得比較多，這一塊比較簡單，就不說了。然後是共識層，目前主流的共識有兩種，PoW和PoS，比原鏈的宗旨是算力即權力，所以他們選擇PoW方式去做共識。比原鏈在PoW做了一個創新，自主研發了Tensority演算法，基於AI友好型的矩陣計算hash方式。接下來是資料庫，在比原鏈上面用得比較多，對開發者來說把時間換成空間的一種方式。最主要的資料庫有幾個，一個是Core，存放所有主鏈區塊信息和交易信息。還有Wallet，錢包資料庫等。

下面一層是P2P網路層，P2P大家都知道，當年快播用得特別溜。比原鏈在該基礎上面主要實現幾個功能，節點發現，區塊同步、交易同步、快速廣播，快速廣播主要為了挖礦時讓交易能夠在全網儘快達成共識。

說一下虛擬機的運行原理，大家在學校里都學過堆棧，先進先出和先進後出的數據結構。BVM在這裡就是先進後出的數據結構。第一步操作，假設堆棧里有兩個指令，有兩個元素，X和Y。這時候入站的話，將2入站到站中，就是XY和2。當出站操作時，它是先進後出的原理，首先會從棧中推出一個元素，比如說常數2從站點推出來。下面是執行DUP的指令，複製指令，將棧中元素再複製一個元素放入到棧當中。我們可以看到原有的是X和2，然後通過執行到DUP指令之後就變成X，2和2。這是一個虛擬機，我們在虛擬機發布指令，都會涉及指令進站出站的操作，這是堆棧虛擬機。

下面說一下區塊，區塊早期一般都是定期同步，這種情況下在一個區塊鏈網路上比較緩慢。比原鏈在上面做了快速同步機制，我們可以看到這兩邊的區別，它是根據Checkpoints，是比特幣最早提出來的，用於檢驗舊區塊是否有分叉。所以比原鏈在Checkpoints做了快速同步，基於當前節點在Checkpoints高度節點範圍內就使用快速同步，不然就是定期同步。

快速同步的話，從當前節點和已知節點中找到已知最優對等節點進行加密握手鏈接，加密握手鏈接之後會向它發送請求，發送請求範圍是從當前高度到Checkpoint範圍，最大是128個區塊，一次請求會請求128個最大。然後它就會驗證區塊，添加到本地區塊鏈上面，這是快速同步。定期同步，前面流程都是一樣，但是到後面因為為了安全問題，每次這個塊還沒有出來的時候只請求一個區塊，再驗證，再添加到本地。添加完之後會最後通知對等節點，告訴它最新節點高度和區塊hash。

下面再簡單介紹一下P2P節點狀態機，狀態機的話，大家應該在學校里都學過，它是一種狀態的切換。不知道大家有沒有看過一些P2P源碼，在比原鏈里有7種狀態的定義。當前節點和對等節點進行連接的時候，對等節點的初始狀態是Unknown，經過不同包的發送切換不同的狀態。由Unknown一直往下切，整個狀態機圖表大概是這樣的。

這裡面包含幾個策略，比如說當前節點和對等節點剛開始加密握手連接之後，大家的狀態都是Unknown，然後發一些Ping包，對等節點返回一些Pong包，狀態節點就會被切換。直到它會將對等節點加入到自己路由表中，就會和對等節點建立一些交易和區塊的發送。不光是比原，包括比特幣和以太坊，所有幣種都是用KAD去實現這種路由表。KAD是一個路由演算法，它是基於兩個節點的ID進行異貨算出來一個邏輯距離。這個距離不是實際物理地址，比如我在中國，我在美國，這也有可能建立連接。並不是說我在中國和杭州建立最近的連接，它是邏輯的距離。

下面說一下今天來的目的，前面都是一些鋪墊。今天主要和大家介紹一下，我和我的小夥伴在9月初時，寫了一本書，目前的進度是2/3，大約是在明年年初就能出版。《GO語言公鏈實戰》裡面的內容是和比特幣有點類似，但又比精通比特幣內容豐富很多，包括原理上的實現和演算法上的實現，都會以比原鏈底層代碼作為鋪墊，在上面展示出來。

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