以太坊系列 - 挖矿与共识

以太坊挖矿与共识的源码分析

讲述一个新区块被挖掘出的过程

1.挖矿

对于一个新区块被挖掘出的过程，代码实现上基本分为两个环节：

• 一是组装出一个新区块，这个区块的数据基本完整，包括成员Header的部分属性，和叔区块组uncles[]，以及交易列表txs，并且所有交易已经执行完毕，所有收据(Receipt)也已收集完毕，这部分主要由worker完成；

• 二是填补该区块剩余的成员属性，比如Header.Difficulty,coinbase等，并完成授权，这些工作是由Agent调用接口实现体Prepare,Seal，利用共识算法来完成的。

1.1 收集数据 worker.commitNewWork()（miner/worker.go）

• 4种情况会调用到这个函数

• 程序启动时，执行newWorker方法初始化worker对象时，调用commitNewWork方法，开始组装新区块。

• 启动挖矿时，miner.start里会调用worker.start()和worker.commitNewWork()

• 网络接收到其他矿工广播过来的新区块，该区块验证有效插入到区块链后，会产生ChainHeadEvent事件，worker对象的update协程检测到该事件后，会调用commitNewWork方法，开始生成新的区块。

• 矿工自己生成新的区块并入链后，会向全网广播NewMinedBlockEvent,同时也会给自己发一个ChainHeadEvent,之后就跟上面的一样

• commitNewWork()做了什么?
  • 准备新区块的Header属性,可确定的有Time,Number,ParentHash,其余留待之后共识算法中确定
  • 调用engine.Prepare()函数，完成部分Header对象的准备
  • 准备新区块的交易列表,并执行这些交易
  • 准备新区块的叔块uncles[]
  • 调用engine.Finalize()函数，对新区块“定型”，填充Header对象 Root(默克尔根)，TxHash(默克尔根), ReceiptHash(默克尔根), UncleHash等属性。
  • 把创建的Work对象，通过channel发送给每一个登记过的Agent，进行后续的挖掘。
    worker.push() -> CpuAgent.update()

1.2 授权 CpuAgent（miner/agent.go）

• 和共识有关的主要是这几个函数Start(),update()和mine()
  • CpuAgent.Start() 用来启动CpuAgent.update()协程
    • miner.New() -> miner.Register(NewCpuAgent) -> (if Mining) agent.Start() -> go agent.update()
    • miner.Start() -> worker.start() -> agent.Start() -> go agent.update()
  • CpuAgent.update() 用来监听worker.commitNewWork()结束前通过worker.push()发出的channel
    • worker.push() -> CpuAgent.update() -> CpuAgent.mine()
  • CpuAgent.mine() 利用Engine实现体的共识算法对传入的Block进行最终的授权, 如果成功，就将Block同Work一起通过channel发还给worker，那边worker.wait()会接收并处理
    • CpuAgent.mine() -> engine.Seal() -> worker.wait()

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到此,形成一个大的消息循环, 产生出了新区块,哦也!!!

2.共识

不过真正的主角还未出场,注意到这三个函数engine.Prepare() , engine.Finalize() , engine.Seal() ,它们是共识算法对外暴露的接口.该接口有两种实现体,即PoW和PoA