核心数据结构 ============ 背景 ---- 众所周知，程序=数据结构+算法，了解一个程序的数据结构有助于掌握一个程序的关键设计。本文从背景、功能以及各个字段的用意来剖析XuperChain底层核心数据结构，从而方便XuperChain开发者以及用户更深入地了解XuperChain底层框架的核心数据结构的设计缘由，有助于提高XuperChain开发者更高效的开发，有助于XuperChain用户更好的使用XuperChain来服务自己的业务。 核心数据结构 ------------ 涉及到的核心数据结构包括：区块、交易、UTXO、读写集。 区块 ^^^^ - 背景：所谓区块链，简单来说就是不同的区块以DAG方式链接起来形成的链。因此，区块是区块链的基本单元。 - 功能：区块是区块链的基本单元，通常为了提高区块链网络的吞吐，矿工会在一个区块中打包若干个交易。一个区块通常由区块头以及区块体组成。 .. image:: ../images/block-img.png :align: center - 代码：区块的Proto如下 .. code-block:: protobuf :linenos: message InternalBlock { // block version // 区块版本 int32 version = 1; // Random number used to avoid replay attacks // 随机数，用来避免重放攻击 int32 nonce = 2; // blockid generate the hash sign of the block used by sha256 // 区块的唯一标识 bytes blockid = 3; // pre_hash is the parent blockid of the block // 区块的前置依赖区块ID bytes pre_hash = 4; // The miner id // 矿工ID bytes proposer = 5; // 矿工对区块的签名 // The sign which miner signed: blockid + nonce + timestamp bytes sign = 6; // The pk of the miner // 矿工公钥 bytes pubkey = 7; // The Merkle Tree root // 默克尔树树根 bytes merkle_root = 8; // The height of the blockchain // 区块所在高度 int64 height = 9; // Timestamp of the block // 打包区块的时间戳 int64 timestamp = 10; // Transactions of the block, only txid stored on kv, the detail information // stored in another table // 交易内容 repeated Transaction transactions = 11; // The transaction count of the block // 区块中包含的交易数量 int32 tx_count = 12; // 所有交易hash的merkle tree repeated bytes merkle_tree = 13; // 采用DPOS共识算法时，当前是第几轮 int64 curTerm = 16; int64 curBlockNum = 17; // 区块中执行失败的交易以及对应的失败原因 map failed_txs = 18; // txid -> failed reason // 采用POW共识算法时，对应的挖矿难度值 int32 targetBits = 19; // 下面的属性会动态变化 // If the block is on the trunk // 该区块是否在主干上 bool in_trunk = 14; // Next next block which on trunk // 当前区块的后继区块ID bytes next_hash = 15; } 交易 ^^^^ - 背景：区块链网络中的每个节点都是一个状态机，为了给每个节点传递状态，系统引入了交易，作为区块链网络状态更改的最小操作单元。 - 功能：通常表现为普通转账以及智能合约调用。 - 代码：交易的Proto如下 .. code-block:: protobuf :linenos: message Transaction { // txid is the id of this transaction // 交易的唯一标识 bytes txid = 1; // the blockid the transaction belong to // 交易被打包在哪个区块中 bytes blockid = 2; // Transaction input list // UTXO来源 repeated TxInput tx_inputs = 3; // Transaction output list // UTXO去处 repeated TxOutput tx_outputs = 4; // Transaction description or system contract // 交易内容描述或系统合约 bytes desc = 6; // Mining rewards // 矿工奖励 bool coinbase = 7; // Random number used to avoid replay attacks // 随机数 string nonce = 8; // Timestamp to launch the transaction // 发起交易的时间戳 int64 timestamp = 9; // tx format version; tx格式版本号 int32 version = 10; // auto generated tx // 该交易是否属于系统自动生成的交易 bool autogen = 11; // 读写集中的读集 repeated TxInputExt tx_inputs_ext = 23; // 读写集中的写集 repeated TxOutputExt tx_outputs_ext = 24; // 该交易包含的合约调用请求 repeated InvokeRequest contract_requests = 25; // 权限系统新增字段 // 交易发起者, 可以是一个Address或者一个Account string initiator = 26; // 交易发起需要被收集签名的AddressURL集合信息，包括用于utxo转账和用于合约调用 repeated string auth_require = 27; // 交易发起者对交易元数据签名，签名的内容包括auth_require字段 repeated SignatureInfo initiator_signs = 28; // 收集到的签名 repeated SignatureInfo auth_require_signs = 29; // 节点收到tx的时间戳，不参与签名 int64 received_timestamp = 30; // 统一签名(支持多重签名/环签名等，与initiator_signs/auth_require_signs不同时使用) XuperSignature xuper_sign = 31; } UTXO ^^^^ - 背景：区块链中比较常见的两种操作，包括普通转账以及合约调用，这两种操作都涉及到了数据状态的引用以及更新。为了描述普通转账涉及到的数据状态的引用以及更新，引入了UTXO(Unspent Transaction Output)。 - 功能：一种记账方式，用来描述普通转账时涉及到的数据状态的引用以及更新。通常由转账来源数据(UtxoInput)以及转账去处数据(UtxoOutput)组成。 .. image:: ../images/tx-img.png :align: center - 代码：UTXO的Proto如下 .. code-block:: protobuf :linenos: message Utxo { // 转账数量 bytes amount = 1; // 转给谁 bytes toAddr = 2; // 转给谁的公钥 bytes toPubkey = 3; // 该Utxo属于哪一个交易 bytes refTxid = 4; // 该Utxo数据哪一个交易的哪一个offset int32 refOffset = 5; } // UtxoInput query info to query utxos // UTXO的转账来源 message UtxoInput { Header header = 1; // which bcname to select // UTXO来源属于哪一条链 string bcname = 2; // address to select // UTXO来源属于哪个address string address = 3; // publickey of the address // UTXO来源对应的公钥 string publickey = 4; // totalNeed refer the total need utxos to select // 需要的UTXO总额 string totalNeed = 5; // userSign of input // UTXO来源的签名 bytes userSign = 7; // need lock // 该UTXO是否需要锁定(内存级别锁定) bool needLock = 8; } // UtxoOutput query results // UTXO的转账去处 message UtxoOutput { Header header = 1; // utxo list // UTXO去处 repeated Utxo utxoList = 2; // total selected amount // UTXO去处总额 string totalSelected = 3; } 读写集 ^^^^^^ - 背景：区块链中比较常见的两种操作，包括普通转账以及合约调用，这两种操作都涉及到了数据状态的引用以及更新。为了描述合约调用涉及到的数据状态的引用以及更新，引入了读写集。 - 功能：一种用来描述合约调用时涉及到的数据状态的引用以及更新的技术。通常由读集(TxInputExt)以及写集(TxOutputExt)组成。 .. image:: ../images/xupermodel.png :align: center - 代码：读写集的Proto如下 .. code-block:: protobuf :linenos: // 扩展输入 message TxInputExt { // 读集属于哪一个bucket string bucket = 1; // 读集对应的key bytes key = 2; // 读集属于哪一个txid bytes ref_txid = 3; // 读集属于哪一个txid的哪一个offset int32 ref_offset = 4; } // 扩展输出 message TxOutputExt { // 写集属于哪一个bucket string bucket = 1; // 写集对应的key bytes key = 2; // 写集对应的value bytes value = 3; }