Derek：剖析源码，一文理解比原链

2018年11月17日上午，“2018比原链全球开发者大会”正式在杭州国际博览中心（G20会馆）开幕，这是杭州第一次由开源组织举办的技术型峰会，也是杭州被誉为区块链之城以来规模最大的一场区块链开发者大赛，100+开发团队历经4个月激烈厮杀，16支团队将在本次大会上展开最终角逐。

在大赛进行过程中，资深程序员，比原社区的开发者Derek作了题为《GO语言公链实战》的分享。这是即将上市的一本图书，它主要讨论了GO语言的使用，而比原链是该书剖析GO语言的一个具体项目。

“现在讲区块链的书很多，但真正深入公链的书不多，而从一个技术语言入手，去剖析区块链技术的就更少了。我认为Go语言是区块链未来的趋势，我这本书就是想通过对比原代码的剖析，让更多程序员了解区块链。”Derek说。

以下为Derek演讲，经整理：

大家好，今天主要和大家分享一下关于比原链的技术细节。主要四个方面，第一，比原链的总架构；第二，虚拟机的堆栈实现；第三，区块快速同步和定期同步原理；第四，P2P节点状态机。

上面是比原链总架构图，比原链官方提供了一个三层架构图，我在这上面细化了一下。第一层是用户交互层，比原链提供两种用户交互工具，包括bytomcli、Bytom-dashboard，我们开发者用得比较多。第二层是接口层，ApiServer服务，主要接收交互层工具的请求和处理请求，并响应请求。第三层是内核层，是比原链的核心，占整体代码54%左右。最主要的两块是交易管理，交易的构建、交易的签名和交易的提交。包括智能合约，它也有这三个过程。智能合约运行在bvm虚拟机，还有Equity语言，今天参赛选手都是用Equity语言做代码编写。还有BUTXO，这是比原链在比特币UTXO上做了一些拓展。

再下一层是钱包层，大家用得比较多，这一块比较简单，就不说了。然后是共识层，目前主流的共识有两种，PoW和PoS，比原链的宗旨是算力即权力，所以他们选择PoW方式去做共识。比原链在PoW做了一个创新，自主研发了Tensority算法，基于AI友好型的矩阵计算hash方式。接下来是数据库，在比原链上面用得比较多，对开发者来说把时间换成空间的一种方式。最主要的数据库有几个，一个是Core，存放所有主链区块信息和交易信息。还有Wallet，钱包数据库等。

下面一层是P2P网络层，P2P大家都知道，当年快播用得特别溜。比原链在该基础上面主要实现几个功能，节点发现，区块同步、交易同步、快速广播，快速广播主要为了挖矿时让交易能够在全网尽快达成共识。

说一下虚拟机的运行原理，大家在学校里都学过堆栈，先进先出和先进后出的数据结构。BVM在这里就是先进后出的数据结构。第一步操作，假设堆栈里有两个指令，有两个元素，X和Y。这时候入站的话，将2入站到站中，就是XY和2。当出站操作时，它是先进后出的原理，首先会从栈中推出一个元素，比如说常数2从站点推出来。下面是执行DUP的指令，复制指令，将栈中元素再复制一个元素放入到栈当中。我们可以看到原有的是X和2，然后通过执行到DUP指令之后就变成X，2和2。这是一个虚拟机，我们在虚拟机发布指令，都会涉及指令进站出站的操作，这是堆栈虚拟机。

下面说一下区块，区块早期一般都是定期同步，这种情况下在一个区块链网络上比较缓慢。比原链在上面做了快速同步机制，我们可以看到这两边的区别，它是根据Checkpoints，是比特币最早提出来的，用于检验旧区块是否有分叉。所以比原链在Checkpoints做了快速同步，基于当前节点在Checkpoints高度节点范围内就使用快速同步，不然就是定期同步。

快速同步的话，从当前节点和已知节点中找到已知最优对等节点进行加密握手链接，加密握手链接之后会向它发送请求，发送请求范围是从当前高度到Checkpoint范围，最大是128个区块，一次请求会请求128个最大。然后它就会验证区块，添加到本地区块链上面，这是快速同步。定期同步，前面流程都是一样，但是到后面因为为了安全问题，每次这个块还没有出来的时候只请求一个区块，再验证，再添加到本地。添加完之后会最后通知对等节点，告诉它最新节点高度和区块hash。

下面再简单介绍一下P2P节点状态机，状态机的话，大家应该在学校里都学过，它是一种状态的切换。不知道大家有没有看过一些P2P源码，在比原链里有7种状态的定义。当前节点和对等节点进行连接的时候，对等节点的初始状态是Unknown，经过不同包的发送切换不同的状态。由Unknown一直往下切，整个状态机图表大概是这样的。

这里面包含几个策略，比如说当前节点和对等节点刚开始加密握手连接之后，大家的状态都是Unknown，然后发一些Ping包，对等节点返回一些Pong包，状态节点就会被切换。直到它会将对等节点加入到自己路由表中，就会和对等节点建立一些交易和区块的发送。不光是比原，包括比特币和以太坊，所有币种都是用KAD去实现这种路由表。KAD是一个路由算法，它是基于两个节点的ID进行异货算出来一个逻辑距离。这个距离不是实际物理地址，比如我在中国，我在美国，这也有可能建立连接。并不是说我在中国和杭州建立最近的连接，它是逻辑的距离。

下面说一下今天来的目的，前面都是一些铺垫。今天主要和大家介绍一下，我和我的小伙伴在9月初时，写了一本书，目前的进度是2/3，大约是在明年年初就能出版。《GO语言公链实战》里面的内容是和比特币有点类似，但又比精通比特币内容丰富很多，包括原理上的实现和算法上的实现，都会以比原链底层代码作为铺垫，在上面展示出来。