[置顶] 区块链系列----比特币go语言源码-BTCD整体架构

前言

笔者一直致力于区块链底层技术研究。本文将讲下第一代区块链(比特币)，go语言版本BTCD源码整体架构。

如果你是刚入门区块链技术，那么笔者建议可以先学习下blockchain_go。
blockchain_go:一个简单的go语言实现的区块链工程（A simplified blockchain implementation in Golang）
blockchain_go将从区块(Block)，工作证明机制(Pow)，数据存储(BoltDB)，UTXO，地址(address)，网络(P2P)等方面讲解区块链基础版本的实现。

BTCD 是用go语言实现的完整节点的比特币实现。
BTCD和Bitcoin Core之间的区别是Btcd不包括钱包(wallet)功能，即交易部分。这是一个有意义的设计决策，可以通过Etcd同步比特币区块和挖矿。

架构

这里写图片描述
Btcd包括部分P2P网络、BlockChain、交易池TxPool、挖矿Pow、Rpc接口。

1.P2P网络：

地址管理、连接管理、协议数据。
地址管理：p2p连接地址的管理，包括未连接地址和连接成功地址。
连接管理：通过tcp协议连接外部节点，打开自己的tcp服务器；同时用于接收比特币协议数据(Peer.go inHandler())
同步管理器：用于统一处理各个节点发送和接收到的数据，以便同步区块链和同步交易。

2.BlockChain

BlockChain(区块链)包括ffldb存储，数据结构和Chain基本逻辑。
ffldb存储：是基于goleveldb(嵌入式数据库leveldb的go语言版本)，开发了上成api。
数据结构：顾名思义包括BlockChain的地址数据结构，块数据结构，链的数据结构。还包括Merkle树的逻辑，椭圆曲线算法的接口，比特币脚本Script逻辑。

3.交易池TxPool

交易池TxPool是用来管理所有接收到的交易Tx。

pool          map[chainhash.Hash]*TxDesc //交易池
orphans       map[chainhash.Hash]*orphanTx //孤立交易池

4.挖矿Pow

定时获取交易池TxPool中的交易池Tx 算出头Hash，遍历*maxExtraNonce*int64数，输出一定难度值的hash值。

CPUMiner.go generateBlocks方法。

启动及目录结构

1.启动btcd

配置sample-btcd.conf文件，到btcd.exe 同一级目录

[Application Options]
rpcuser=myuser
rpcpass=SomeDecentp4ssw0rd
datadir=D:/btcd/data
logdir=D:/btcd/logs
configfile=D:/btcd/config/btcd.conf
rpccert=D:/btcd/config/rpc.cert
rpckey=D:/btcd/config/rpc.key
debuglevel=debug

启动btcd

 .\btcd.exe

2.启动客户端btcctl

配置btcctl.conf文件，到btcctl.exe 同一级目录

[Application Options]
rpcuser=WD6r9pYx/q8k/rywvrwclShlHd4=
rpcpass=bjKKPvzWEaQbNpgo3Ium5YB0N38=
rpccert=D:/btcd/config/rpc.cert

启动btcctl：

 getinfo启动一个指令，其他指令请执行.\btcctl.exe -l
 .\btcctl.exe -C .\btcctl.conf getinfo

3.目录结构

addmgr - 地址管理
blockchain - 实现比特币区块处理和链选择规则
blockchain / fullblocktests - 提供一组用于测试共识验证规则的块测试
btcec - 实现对比特币脚本所需的椭圆曲线密码函数的支持
btcjson - 为底层的JSON-RPC命令和返回值提供一个扩展的API
chaincfg/chainhash - 提供通用的散列类型和相关函数，允许抽象特定的散列算法。
connmgr - 链接管理器
database  - 为比特币区块链提供数据库接口,实现了ffldb
mempool - 未发掘的比特币交易池。
mining - pow挖矿
netsync - 同步管理器，同步区块链和交易
peer - 创建和管理比特币对等网络，及上行下行数据包的处理
rpcclient - 实现一个强大且易于使用的支持Websocket的比特币JSON-RPC客户端
txscript - 实现比特币交易脚本语言
wire - 实现比特币网络协议

启动过程

btcd的运行过程主要在server.start

1.启动s.peerHandler():

1.启动地址管理器addrManager (savePeers 保存地址)

addrManager.go
    peersFile       //保存在文件中的连接节点信息
    addrIndex     //addrNew 与 addrTried地址集合
    addrNew        //map[桶树编号][地址map集合]，未被确定可连接的集合
    addrTried      //连接成功集合
    nTried //addrTried大小
    nNew //addrNew大小

knownaddress.go
    attempts    //连接次数
    lastattempt //最后一次连接时间
    lastsuccess //最后一次成功连接时间
    refs     //节点被连接次数

2.启动同步管理器syncManager， blockHandler接收数据

manager.go
   txMsg  //交易信息
   blockMsg //下载的块消息
   invMsg //区块和交易的哈希值
   headersMsg //header消息
   processBlockMsg  //挖到新块

3.启动连接管理 connManage

connHandler 
    开启监听handleConnected与handleDisconnected服务，connReq链接成功的去调用OnConnection，由outboundPeerConnected处理请求

listenHandler
    OnAccept开启服务，由inboundPeerConnected处理请求

NewConnReq
    Connect链接线上节点

4.启动Peer服务

    //peer 链接监控
    go p.stallHandler()
    //接受其他节点发送的报文
    go p.inHandler()
    //需要发送的报文需由queueHandler处理后发送至其他节点
    go p.queueHandler()
    //发送报文
    go p.outHandler()
    //心跳检测
    go p.pingHandler()

2.启动rpc:

go s.rebroadcastHandler()// 确保用户提交的tx 上链
s.rpcServer.Start() //开启http和websocket请求

3.启动挖矿:

s.cpuMiner.Start()

4.block同步，Tx同步

节点链接到一个线上节点后，就开始同步区块。
这里写图片描述
同时节点会把未确定交易下载到TxPool
tx(ProcessTransaction)处理流程:

      1. handleTxMsg 处理交易入口
      2. 检测该交易Hash是否已经存在于交易池或者孤立池
      3. 检查交易大小金额是否正确，标准交易验证
      4. 检查是否有双花
      5. 检查交易输入是否有效、签名等
      6. 将交易封装加入到交易池，更新lastUpdate
      7. 如果输入不存在，则进入孤立交易处理流程

总结

以上别说笔者是Btcd架构和启动过程的大致理解，可能不是很到位。后续笔者将对Btcd数据同步和挖矿做详细的介绍。

作者：niyuelin(区块链极客，一直致力于区块链底层技术的研究)
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