filecoin技术架构分析十四:filecoin源码分析之服务层链同步、共识协议及挖矿

我是先河系统CTO杨尉,欢迎大加关注的的Github: waynewyang,本文是filecoin技术架构分析系列文章第十四章源码分析之服务层链同步、共识协议及挖矿。

分析基于的源码版本:go-filecoin master a0598a54(2019年3月9日)

chain同步

基础结构

  • TipIndex 定义定义了tipset的基础结构及方法
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
▼ package
chain

▼+TipIndex : struct
[fields]
-mu : sync.Mutex
// 根据id来获取tipset及其状态根
-tsasByID : tsasByTipSetID
// 根据父块来获取tipset及其状态根
-tsasByParentsAndHeight : map[string]tsasByTipSetID

[methods]
// 根据id来获取tipset及其状态根
+Get(tsKey string) : *TipSetAndState, error
// 根据父块来获取tipset及其状态根
+GetByParentsAndHeight(pKey string, h uint64) : []*TipSetAndState, error
// 根据Id判断是否有此tipset
+Has(tsKey string) : bool
// 根据父块判断是否有此tipset
+HasByParentsAndHeight(pKey string, h uint64) : bool
// 设置tipset和状态根
+Put(tsas *TipSetAndState) : error
[functions]
+NewTipIndex() : *TipIndex

▼+TipSetAndState : struct
[fields]
// tipset
+TipSet : types.TipSet
// 相当于区块的root cid
+TipSetStateRoot : cid.Cid

链同步

  • chain同步的接口定义
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
location: chain/syncer.go

▼ package
chain

▼+Syncer : interface
[methods]
// 处理新区块的接口定义
+HandleNewBlocks(ctx context.Context, blkCids []cid.Cid) : error

具体接口实现在location: chain/defalut_syncer.go中
  • 特殊情况的错误
1
2
3
4
5
location: chain/reorg.go

// 如果当前区块头不包含在最新的区块头之上时候,会报此错误
▼ functions
+IsReorg(curHead types.TipSet, newChain []types.TipSet) : bool

链存储

  • 其中
    • Readstore是一个通用接口
    • Store的设计基本是给ChainSync使用的
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
location: chain/store.go

▼ package
chain

▼ constants
// 用于发布新的区块头的主题"new-head"
+NewHeadTopic

▼ variables
// 创世块的key
+GenesisKey

▼+ReadStore : interface
[methods]
// 获取历史区块,通过channel实现
+BlockHistory(ctx context.Context, tips types.TipSet) : chan interface{}
// 获取创世区块cid
+GenesisCid() : cid.Cid
// 通过cid获取具体的block
+GetBlock(ctx context.Context, id cid.Cid) : *types.Block, error
// 通过cid获取具体的block
+GetTipSetAndState(ctx context.Context, tsKey string) : *TipSetAndState, error
// 获取最新区块
+Head() : types.TipSet
// 最新区块变更事件
+HeadEvents() : *pubsub.PubSub
// 最新合约状态
+LatestState(ctx context.Context) : state.Tree, error
// 加载chain
+Load(ctx context.Context) : error
// 停止
+Stop()

// 这个接口只是chain同步使用
▼+Store : interface
[embedded]
+ReadStore
[methods]
+GetBlocks(ctx context.Context, ids types.SortedCidSet) : []*types.Block, error
+GetTipSetAndStatesByParentsAndHeight(ctx context.Context, pTsKey string, h uint64) : []*TipSetAndState, error
+HasAllBlocks(ctx context.Context, cs []cid.Cid) : bool
+HasBlock(ctx context.Context, c cid.Cid) : bool
+HasTipSetAndState(ctx context.Context, tsKey string) : bool
+HasTipSetAndStatesWithParentsAndHeight(ctx context.Context, pTsKey string, h uint64) : bool
// 存储并更新最新区块信息
+PutTipSetAndState(ctx context.Context, tsas *TipSetAndState) : error
+SetHead(ctx context.Context, s types.TipSet) : error

consensus

  • 主要功能
    • 提供创建选票方法,验证中奖选票方法,确定最终的tipset
    • 将合法的tipset消息取出,生效actor状态
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
▼ package
consensus

▶ imports

▼ constants
+ECPrM : uint64
+ECV : uint64
+LookBackParameter

▼ variables
+AncestorRoundsNeeded
+ErrInvalidBase
+ErrStateRootMismatch
+ErrUnorderedTipSets
-log
-ticketDomain : *big.Int

// Expected实现EC共识
▼+Expected : struct
[fields]
// 全局功率表
+PwrTableView : PowerTableView
-bstore : blockstore.Blockstore
-cstore : *hamt.CborIpldStore
-genesisCid : cid.Cid
-processor : Processor
-verifier : proofs.Verifier
[methods]
// 比较两个tipset的权重
+IsHeavier(ctx context.Context, a, b types.TipSet, aSt, bSt state.Tree) : bool, error
// 建立新的tipset
+NewValidTipSet(ctx context.Context, blks []*types.Block) : types.TipSet, error
// 运行状态转换
// 1 新区块到来的时候出发状态转换(chain sync逻辑)
// 2 进入后判断tipset的有效性,包括验证选票是否中奖
// 3 逐一执行消息,切换状态
+RunStateTransition(ctx context.Context, ts types.TipSet, ancestors []types.TipSet, pSt state.Tree) : state.Tree, error
// 计算tipset权重
+Weight(ctx context.Context, ts types.TipSet, pSt state.Tree) : uint64, error
-runMessages(ctx context.Context, st state.Tree, vms vm.StorageMap, ts types.TipSet, ancestors []types.TipSet) : state.Tree, error
-validateBlockStructure(ctx context.Context, b *types.Block) : error
-validateMining(ctx context.Context, st state.Tree, ts types.TipSet, parentTs types.TipSet) : error

▼+Processor : interface
// 会被RunStateTransition间接掉用,进行状态切换(生效挖矿成功的tipset消息)
[methods]
// 从tipset中逐一取出block处理
+ProcessBlock(ctx context.Context, st state.Tree, vms vm.StorageMap, blk *types.Block, ancestors []types.TipSet) : []*ApplicationResult, error
+ProcessTipSet(ctx context.Context, st state.Tree, vms vm.StorageMap, ts types.TipSet, ancestors []types.TipSet) : *ProcessTipSetResponse, error

▼ functions
// 与白皮书描述一致,按照存储功率出块,用以判断是否中奖
+CompareTicketPower(ticket types.Signature, minerPower uint64, totalPower uint64) : bool
// 产生随机挑战种子,针对时空证明
+CreateChallengeSeed(parents types.TipSet, nullBlkCount uint64) : proofs.PoStChallengeSeed, error
// 生成选票
// 用上一个区块的时空证明+矿工地址(目前直接用的矿工地址,issue1054讨论中) 生成256bit哈希
+CreateTicket(proof proofs.PoStProof, minerAddr address.Address) : []byte
// 判断是否中奖,调用CompareTicketPower
+IsWinningTicket(ctx context.Context, bs blockstore.Blockstore, ptv PowerTableView, st state.Tree, ticket types.Signature, miner address.Address) : bool, error
// 实例化Expected
+NewExpected(cs *hamt.CborIpldStore, bs blockstore.Blockstore, processor Processor, pt PowerTableView, gCid cid.Cid, verifier proofs.Verifier) : Protocol
-init()

mining

挖矿的主要逻辑

  • 1 不能将空块最为基准块
  • 2 基于上一个Tipset信息(如果上一个为空块,必须找到空块之前高度最高的Tipset,并记录中间空块数据)和空块数母生成合法的时空证明挑战参数
  • 3 生成时空证明
  • 4 时空证明成功,调用共识协议创建奖票
  • 5 如果奖票中奖,将未打包的消息打包区块
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
location: mining/working

//这里是挖矿逻辑的真正入口

// Mine implements the DefaultWorkers main mining function..
// The returned bool indicates if this miner created a new block or not.
func (w *DefaultWorker) Mine(ctx context.Context, base types.TipSet, nullBlkCount int, outCh chan<- Output) bool {
log.Info("Worker.Mine")
ctx = log.Start(ctx, "Worker.Mine")
defer log.Finish(ctx)
// 不能将空块作为基准块挖矿
if len(base) == 0 {
log.Warning("Worker.Mine returning because it can't mine on an empty tipset")
outCh <- Output{Err: errors.New("bad input tipset with no blocks sent to Mine()")}
return false
}

st, err := w.getStateTree(ctx, base)
if err != nil {
log.Errorf("Worker.Mine couldn't get state tree for tipset: %s", err.Error())
outCh <- Output{Err: err}
return false
}

log.Debugf("Mining on tipset: %s, with %d null blocks.", base.String(), nullBlkCount)
if ctx.Err() != nil {
log.Warningf("Worker.Mine returning with ctx error %s", ctx.Err().Error())
return false
}

// 基于上一个基准Tipset以及空块数目生成Post随机挑战参数
challenge, err := consensus.CreateChallengeSeed(base, uint64(nullBlkCount))
if err != nil {
outCh <- Output{Err: err}
return false
}

// 生成时空证明
prCh := createProof(challenge, w.createPoSTFunc)

var proof proofs.PoStProof
var ticket []byte
select {
case <-ctx.Done():
log.Infof("Mining run on base %s with %d null blocks canceled.", base.String(), nullBlkCount)
return false
case prChRead, more := <-prCh:
if !more {
log.Errorf("Worker.Mine got zero value from channel prChRead")
return false
}
copy(proof[:], prChRead[:])
// 时空证明成功,调用共识协议创建奖票
ticket = consensus.CreateTicket(proof, w.minerAddr)
}

// TODO: Test the interplay of isWinningTicket() and createPoSTFunc()
// https://github.com/filecoin-project/go-filecoin/issues/1791
// 调用共识协议确认是否中奖
weHaveAWinner, err := consensus.IsWinningTicket(ctx, w.blockstore, w.powerTable, st, ticket, w.minerAddr)

if err != nil {
log.Errorf("Worker.Mine couldn't compute ticket: %s", err.Error())
outCh <- Output{Err: err}
return false
}

if weHaveAWinner {
// 如果中奖将打包消息,生成区块
next, err := w.Generate(ctx, base, ticket, proof, uint64(nullBlkCount))
if err == nil {
log.SetTag(ctx, "block", next)
log.Debugf("Worker.Mine generates new winning block! %s", next.Cid().String())
}
outCh <- NewOutput(next, err)
return true
}

return false
}

其他细节源码简析

  • 消息队列(交易消息集)的处理
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
location: mining/mqueue.go

▼ package
mining

▶ imports

▼+MessageQueue : struct
[fields]
-senderQueues : queueHeap
[methods]
// 取出消息切片,即多条消息
+Drain() : []*types.SignedMessage
+Empty() : bool
// 从队列取出一条消息
+Pop() : *types.SignedMessage, bool
[functions]
// 实例化消息队列
+NewMessageQueue(msgs []*types.SignedMessage) : MessageQueue

-nonceQueue : []*types.SignedMessage

// 一些队列的基本操作
// 1 长度、push、pop功能
// 2 Less主要是比较两条交易中的Gas价格,大家可以回头看看type中的消息定义,这里不赘述了
// 3 为什么要提供Less接口,留给大家思索一下,熟悉以太坊的可能一眼就看出了
▼-queueHeap : []nonceQueue
[methods]
+Len() : int
+Less(i, j int) : bool
+Pop() : interface{}
+Push(x interface{})
+Swap(i, j int)
  • 调度器
    • 入口
    • node实例会调用NewScheduler创建相关实例并启动挖矿
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
▼ package
mining

▶ imports

▼ constants
+MineDelayConversionFactor

▼-timingScheduler : struct
[fields]
-isStarted : bool
-mineDelay : time.Duration
// 查找权重最高的Tipset
-pollHeadFunc : func() types.TipSet
// 底层的挖矿逻辑,在下面会分析Worker
-worker : Worker
[methods]
// 判断是否启动挖矿
+IsStarted() : bool
// 启动挖矿
+Start(miningCtx context.Context) : chan Output, *sync.WaitGroup

▼+Scheduler : interface
[methods]
+IsStarted() : bool
+Start(miningCtx context.Context) : chan Output, *sync.WaitGroup

▼ functions
+MineOnce(ctx context.Context, w Worker, md time.Duration, ts types.TipSet) : Output, error
// 实例化timingScheduler
+NewScheduler(w Worker, md time.Duration, f func() types.TipSet) : Scheduler
-nextNullBlkCount(prevNullBlkCount int, prevBase, currBase types.TipSet) : int
  • 打包区块
    • 具体见如下注释,可对应此查阅源码。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
location: mining/block_generate.go

▼ package
mining

▶ imports

▼ DefaultWorker* : ctype
[methods]
// 1 如果节点没有产生过有效存储,无法参与挖矿
// 2 计算区块高度= 基准Tipset高度+空块数目
// 3 取出未打包消息,调用vm执行,生成收据,并更新状态
// 4 打包区块信息,返回
+Generate(ctx context.Context, baseTipSet types.TipSet, ticket types.Signature, proof proofs.PoStProof, nullBlockCount uint64) : *types.Block, error

深入浅出区块链 - 系统学习区块链,打造最好的区块链技术博客

LBC-Team wechat
微信号:深入浅出区块链技术,欢迎订阅
0%