开发一个基于Tendermint Core的区块链应用【含Go源码】

本文中将使用Go语言开发一个基于Tendermint Core的区块链应用。

Tendermint Core是一个用Go语言开发的支持拜占庭容错/BFT的区块链中间件, 用于在一组节点之间安全地复制状态机/FSM。Tendermint Core的出色之处 在于它是第一个实现BFT的区块链共识引擎,并且始终保持这一清晰的定位。本文中将使用Go语言开发一个基于Tendermint Core的区块链应用。

Tendermint Core为区块链应用提供了极其简洁的开发接口,支持各种开发语言, 是开发自有公链/联盟链/私链的首选方案,例如Cosmos、Binance Chain、 Hyperledger Burrow、Ethermint等均采用Tendermint Core共识引擎。

虽然Tendermint Core支持任何语言开发的状态机,但是如果采用Go之外的 其他开发语言编写状态机,那么应用就需要通过套接字或gRPC与Tendermint Core通信,这会造成额外的性能损失。而采用Go语言开发的状态机可以和 Tendermint Core运行在同一进程中,因此可以得到最好的性能。

1、安装Go开发环境

请参考官方文档安装Go开发环境。

确认你已经安装了最新版的Go:

$ go version
go version go1.12.7 darwin/amd64

确认你正确设置了GOPATH环境变量:

$ echo $GOPATH
/Users/melekes/go

2、创建Go项目

首先创建一个新的Go语言项目:

$ mkdir -p $GOPATH/src/github.com/me/kvstore
$ cd $GOPATH/src/github.com/me/kvstore

example目录创建main.go文件,内容如下:

package main

import (
 "fmt"
)

func main() {
 fmt.Println("Hello, Tendermint Core")
}

运行上面代码,将在标准输出设备显示指定的字符串:

$ go run main.go
Hello, Tendermint Core

3、编写Tendermint Core应用

Tendermint Core与应用之间通过ABCI(Application Blockchain Interface)通信, 使用的报文消息类型都定义在protobuf文件中,因此基于Tendermint Core可以运行任何 语言开发的应用。

创建文件app.go,内容如下:

package main
import (
 abcitypes "github.com/tendermint/tendermint/abci/types"
)

type KVStoreApplication struct {}

var _ abcitypes.Application = (*KVStoreApplication)(nil)

func NewKVStoreApplication() *KVStoreApplication {
 return &KVStoreApplication{}
}

func (KVStoreApplication) Info(req abcitypes.RequestInfo) abcitypes.ResponseInfo {
 return abcitypes.ResponseInfo{}
}

func (KVStoreApplication) SetOption(req abcitypes.RequestSetOption) abcitypes.ResponseSetOption {
 return abcitypes.ResponseSetOption{}
}

func (KVStoreApplication) DeliverTx(req abcitypes.RequestDeliverTx) abcitypes.ResponseDeliverTx {
 return abcitypes.ResponseDeliverTx{Code: 0}
}

func (KVStoreApplication) CheckTx(req abcitypes.RequestCheckTx) abcitypes.ResponseCheckTx {
 return abcitypes.ResponseCheckTx{Code: 0}
}

func (KVStoreApplication) Commit() abcitypes.ResponseCommit {
 return abcitypes.ResponseCommit{}
}

func (KVStoreApplication) Query(req abcitypes.RequestQuery) abcitypes.ResponseQuery {
 return abcitypes.ResponseQuery{Code: 0}
}

func (KVStoreApplication) InitChain(req abcitypes.RequestInitChain) abcitypes.ResponseInitChain {
 return abcitypes.ResponseInitChain{}
}

func (KVStoreApplication) BeginBlock(req abcitypes.RequestBeginBlock) abcitypes.ResponseBeginBlock {
 return abcitypes.ResponseBeginBlock{}
}

func (KVStoreApplication) EndBlock(req abcitypes.RequestEndBlock) abcitypes.ResponseEndBlock {
 return abcitypes.ResponseEndBlock{}
}

接下来我们逐个解读上述方法并添加必要的实现逻辑。

3、CheckTx

当一个新的交易进入Tendermint Core时,它会要求应用先进行检查,比如验证格式、签名等。

func (app *KVStoreApplication) isValid(tx []byte) (code uint32) {
 // check format
 parts := bytes.Split(tx, []byte("="))
 if len(parts) != 2 {
 return 1
 } 

 key, value := parts[0], parts[1] 

 // check if the same key=value already exists
 err := app.db.View(func(txn *badger.Txn) error {
 item, err := txn.Get(key)
 if err != nil && err != badger.ErrKeyNotFound {
 return err
 }
 if err == nil {
 return item.Value(func(val []byte) error {
 if bytes.Equal(val, value) {
 code = 2
 }
 return nil
 })
 }
 return nil
 })

 if err != nil {
 panic(err)
 } 

 return code
}

func (app *KVStoreApplication) CheckTx(req abcitypes.RequestCheckTx) abcitypes.ResponseCheckTx {
 code := app.isValid(req.Tx)
 return abcitypes.ResponseCheckTx{Code: code, GasWanted: 1}
}

如果进来的交易格式不是{bytes}={bytes},我们将返回代码1。如果指定的key和value 已经存在,我们返回代码2。对于其他情况我们返回代码0表示交易有效 —— 注意Tendermint Core会将返回任何非零代码的交易视为无效交易。

有效的交易最终将被提交,我们使用badger 作为底层的键/值库,badger是一个嵌入式的快速KV数据库。

import "github.com/dgraph-io/badger"type KVStoreApplication struct {
 db           *badger.DB
 currentBatch *badger.Txn
}func NewKVStoreApplication(db *badger.DB) *KVStoreApplication {
 return &KVStoreApplication{
 db: db,
 }
}

4、BeginBlock -> DeliverTx -> EndBlock -> Commit

当Tendermint Core确定了新的区块后,它会分三次调用应用:

  • BeginBlock:区块开始时调用
  • DeliverTx:每个交易时调用
  • EndBlock:区块结束时调用

注意,DeliverTx是异步调用的,但是响应是有序的。

func (app *KVStoreApplication) BeginBlock(req abcitypes.RequestBeginBlock) abcitypes.ResponseBeginBlock {
 app.currentBatch = app.db.NewTransaction(true)
 return abcitypes.ResponseBeginBlock{}
}

下面的代码创建一个数据操作批次,用来存储区块交易:

func (app *KVStoreApplication) DeliverTx(req abcitypes.RequestDeliverTx) abcitypes.ResponseDeliverTx {
 code := app.isValid(req.Tx)
 if code != 0 {
 return abcitypes.ResponseDeliverTx{Code: code}
 } 
 parts := bytes.Split(req.Tx, []byte("="))

 key, value := parts[0], parts[1] 

 err := app.currentBatch.Set(key, value)
 if err != nil {
 panic(err)
 } 

 return abcitypes.ResponseDeliverTx{Code: 0}
}

如果交易的格式错误,或者已经存在相同的键/值对,那么我们仍然返回 非零代码,否则,我们将该交易加入操作批次。

在目前的设计中,区块中可以包含不正确的交易 —— 那些通过了CheckTx检查 但是DeliverTx失败的交易,这样做是出于性能的考虑。

注意,我们不能在DeliverTx中提交交易,因为在这种情况下Query可能会 由于被并发调用而返回不一致的数据,例如,Query会提示指定的值已经存在, 而实际的区块还没有真正提交。

Commit用来通知应用来持久化新的状态。

func (app *KVStoreApplication) Commit() abcitypes.ResponseCommit {
 app.currentBatch.Commit()
 return abcitypes.ResponseCommit{Data: []byte{}}
}

5、查询 - Query

当客户端应用希望了解指定的键/值对是否存在时,它会调用Tendermint Core 的RPC接口 /abci_query 进行查询, 该接口会调用应用的Query方法。

基于Tendermint Core的应用可以自由地提供其自己的API。不过使用Tendermint Core 作为代理,客户端应用利用Tendermint Core的统一API的优势。另外,客户端也不需要 调用其他额外的Tendermint Core API来获得进一步的证明。

注意在下面的代码中我们没有包含证明数据。

func (app *KVStoreApplication) Query(reqQuery abcitypes.RequestQuery) (resQuery abcitypes.ResponseQuery) {
 resQuery.Key = reqQuery.Data
 err := app.db.View(func(txn *badger.Txn) error {
 item, err := txn.Get(reqQuery.Data)
 if err != nil && err != badger.ErrKeyNotFound {
 return err
 }
 if err == badger.ErrKeyNotFound {
 resQuery.Log = "does not exist"
 } else {
 return item.Value(func(val []byte) error {
 resQuery.Log = "exists"
 resQuery.Value = val
 return nil
 })
 }
 return nil
 })
 if err != nil {
 panic(err)
 }
 return
}

6、在同一进程内启动Tendermint Core和应用实例

将以下代码加入main.go文件:

package main
import (
 "flag"
 "fmt"
 "os"
 "os/signal"
 "path/filepath"
 "syscall" 
 "github.com/dgraph-io/badger"
 "github.com/pkg/errors"
 "github.com/spf13/viper" 
 abci "github.com/tendermint/tendermint/abci/types"
 cfg "github.com/tendermint/tendermint/config"
 tmflags "github.com/tendermint/tendermint/libs/cli/flags"
 "github.com/tendermint/tendermint/libs/log"
 nm "github.com/tendermint/tendermint/node"
 "github.com/tendermint/tendermint/p2p"
 "github.com/tendermint/tendermint/privval"
 "github.com/tendermint/tendermint/proxy"
)
var configFile string

func init() {
 flag.StringVar(&configFile, "config", "$HOME/.tendermint/config/config.toml", "Path to config.toml")
}

func main() {
 db, err := badger.Open(badger.DefaultOptions("/tmp/badger"))
 if err != nil {
 fmt.Fprintf(os.Stderr, "failed to open badger db: %v", err)
 os.Exit(1)
 }
 defer db.Close()

 app := NewKVStoreApplication(db) 

 flag.Parse() 

 node, err := newTendermint(app, configFile) 
 if err != nil {
 fmt.Fprintf(os.Stderr, "%v", err)
 os.Exit(2)
 } 

 node.Start()

 defer func() {
 node.Stop()
 node.Wait()
`   }() 

 c := make(chan os.Signal, 1)
 signal.Notify(c, os.Interrupt, syscall.SIGTERM)

 os.Exit(0)
}

func newTendermint(app abci.Application, configFile string) (*nm.Node, error) {
 // read config
 config := cfg.DefaultConfig()
 config.RootDir = filepath.Dir(filepath.Dir(configFile))
 viper.SetConfigFile(configFile)
 if err := viper.ReadInConfig(); err != nil {
 return nil, errors.Wrap(err, "viper failed to read config file")
 }
 if err := viper.Unmarshal(config); err != nil {
 return nil, errors.Wrap(err, "viper failed to unmarshal config")
 }
 if err := config.ValidateBasic(); err != nil {
 return nil, errors.Wrap(err, "config is invalid")
 } 

 // create logger
 logger := log.NewTMLogger(log.NewSyncWriter(os.Stdout))
 var err error
 logger, err = tmflags.ParseLogLevel(config.LogLevel, logger, cfg.DefaultLogLevel())
 if err != nil {
 return nil, errors.Wrap(err, "failed to parse log level")
 } 

 // read private validator
 pv := privval.LoadFilePV(
 config.PrivValidatorKeyFile(),
 config.PrivValidatorStateFile(),
 ) 

 // read node key
 nodeKey, err := p2p.LoadNodeKey(config.NodeKeyFile())
 if err != nil {
 return nil, errors.Wrap(err, "failed to load node's key")
 } 

 // create node
 node, err := nm.NewNode(
 config,
 pv,
 nodeKey,
 proxy.NewLocalClientCreator(app),
 nm.DefaultGenesisDocProviderFunc(config),
 nm.DefaultDBProvider,
 nm.DefaultMetricsProvider(config.Instrumentation),
 logger)
 if err != nil {
 return nil, errors.Wrap(err, "failed to create new Tendermint node")
 } 

 return node, nil
}

这段代码很长,让我们分开来介绍。

首先,初始化Badger数据库,然后创建应用实例:

db, err := badger.Open(badger.DefaultOptions("/tmp/badger"))
if err != nil {
 fmt.Fprintf(os.Stderr, "failed to open badger db: %v", err)
 os.Exit(1)
}
defer db.Close()
app := NewKVStoreApplication(db)

接下来使用下面的代码创建Tendermint Core的Node实例:

flag.Parse()node, err := newTendermint(app, configFile)
if err != nil {
 fmt.Fprintf(os.Stderr, "%v", err)
 os.Exit(2)
}

...

// create node
node, err := nm.NewNode(
 config,
 pv,
 nodeKey,
 proxy.NewLocalClientCreator(app),
 nm.DefaultGenesisDocProviderFunc(config),
 nm.DefaultDBProvider,
 nm.DefaultMetricsProvider(config.Instrumentation),
 logger)

if err != nil {
 return nil, errors.Wrap(err, "failed to create new Tendermint node")
}

NewNode方法用来创建一个全节点实例,它需要传入一些参数,例如配置文件、 私有验证器、节点密钥等。

注意我们使用proxy.NewLocalClientCreator来创建一个本地客户端,而不是使用 套接字或gRPC来与Tendermint Core通信。

下面的代码使用viper来读取配置文件,我们 将在下面使用tendermint的init命令来生成。

config := cfg.DefaultConfig()
config.RootDir = filepath.Dir(filepath.Dir(configFile))
viper.SetConfigFile(configFile)
if err := viper.ReadInConfig(); err != nil {
 return nil, errors.Wrap(err, "viper failed to read config file")
}
if err := viper.Unmarshal(config); err != nil {
 return nil, errors.Wrap(err, "viper failed to unmarshal config")
}
if err := config.ValidateBasic(); err != nil {
 return nil, errors.Wrap(err, "config is invalid")
}

我们使用FilePV作为私有验证器,通常你应该使用SignerRemote链接到 一个外部的HSM设备。

pv := privval.LoadFilePV(
 config.PrivValidatorKeyFile(),
 config.PrivValidatorStateFile(),
)

nodeKey用来在Tendermint的P2P网络中标识当前节点。

nodeKey, err := p2p.LoadNodeKey(config.NodeKeyFile())
if err != nil {
 return nil, errors.Wrap(err, "failed to load node's key")
}

我们使用内置的日志记录器:

logger := log.NewTMLogger(log.NewSyncWriter(os.Stdout))
var err error
logger, err = tmflags.ParseLogLevel(config.LogLevel, logger, cfg.DefaultLogLevel())
if err != nil {
 return nil, errors.Wrap(err, "failed to parse log level")
}

最后,我们启动节点并添加一些处理逻辑,以便在收到SIGTERM或Ctrl-C时 可以优雅地关闭。

node.Start()
defer func() {
 node.Stop()
 node.Wait()
}()

c := make(chan os.Signal, 1)
signal.Notify(c, os.Interrupt, syscall.SIGTERM)

os.Exit(0)

7、项目依赖管理、构建、配置生成和启动

我们使用go module进行项目依赖管理:

$ go mod init hubwiz.com/tendermint-go/demo
$ go build

上面的命令将解析项目依赖并执行构建过程。

要创建默认的配置文件,可以执行tendermint init命令。但是 在开始之前,我们需要安装Tendermint Core。

$ rm -rf /tmp/example
$ cd $GOPATH/src/github.com/tendermint/tendermint
$ make install
$ TMHOME="/tmp/example" tendermint init

I[2019-07-16|18:40:36.480] Generated private validator                  module=main keyFile=/tmp/example/config/priv_validator_key.json stateFile=/tmp/example2/data/priv_validator_state.json
I[2019-07-16|18:40:36.481] Generated node key                           module=main path=/tmp/example/config/node_key.json
I[2019-07-16|18:40:36.482] Generated genesis file                       module=main path=/tmp/example/config/genesis.json

现在可以启动我们的一体化Tendermint Core应用了:

$ ./demo -config "/tmp/example/config/config.toml"

badger 2019/07/16 18:42:25 INFO: All 0 tables opened in 0s
badger 2019/07/16 18:42:25 INFO: Replaying file id: 0 at offset: 0
badger 2019/07/16 18:42:25 INFO: Replay took: 695.227s

E[2019-07-16|18:42:25.818] Couldn't connect to any seeds                module=p2p
I[2019-07-16|18:42:26.853] Executed block                               module=state height=1 validTxs=0 invalidTxs=0
I[2019-07-16|18:42:26.865] Committed state                              module=state height=1 txs=0 appHash=

现在可以打开另一个终端,尝试发送一个交易:

$ curl -s 'localhost:26657/broadcast_tx_commit?tx="tendermint=rocks"'
{
 "jsonrpc": "2.0",
 "id": "",
 "result": {
 "check_tx": {
 "gasWanted": "1"
 },
 "deliver_tx": {},
 "hash": "1B3C5A1093DB952C331B1749A21DCCBB0F6C7F4E0055CD04D16346472FC60EC6",
 "height": "128"
 }
}

响应中应当会包含交易提交的区块高度。

现在让我们检查指定的键是否存在并返回其对应的值:

$ curl -s 'localhost:26657/abci_query?data="tendermint"'
{
 "jsonrpc": "2.0",
 "id": "",
 "result": {
 "response": {
 "log": "exists",
 "key": "dGVuZGVybWludA==",
 "value": "cm9ja3M="
 }
 }
}

“dGVuZGVybWludA==” 和“cm9ja3M=” 都是base64编码的,分别对应于 “tendermint” 和“rocks” 。

结语

以上,我们使用Go开发一个内置Tendermint Core 共识引擎的区块链应用。关于Tendermint Core系统的学习请移步Tendermint Core中文文档


原文链接:Writing a built-in Tendermint Core app in Go

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  • 发表于 2020-06-17 11:44
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  • 分类:入门/理论

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影无双
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