比特币开发系列 - #1 序列化

• 原文链接：https://davidederosa.com/basic-blockchain-programming/serialization-part-one/
• 译者：AI翻译官，校对：翻译小组
• 本文永久链接：learnblockchain.cn/article…

理论够了，我们来写一些真正的代码吧！在处理完整的实体之前，你需要学习如何通过一小组基本数据类型来序列化通用数据。想想 C 变量，我们肯定希望在定义自定义struct之前知道int和char是什么意思。

请记住，小端序是默认的字节顺序。代码示例可能包括 common.h 用于通用例程和 endian.h 用于朴素的端序转换。哈希函数在 hash.h 中定义，借助于 OpenSSL。从现在开始，我希望你不会在指针算术中遇到麻烦。

整数

首先，在区块链中没有负整数的用处。整数始终是无符号的，它们可以保存 8 位、16 位、32 位或 64 位的值。在 ex-integers.c 中：

    uint8_t n8 = 0x01;
    uint16_t n16 = 0x4523;
    uint32_t n32 = 0xcdab8967;
    uint64_t n64 = 0xdebc9a78563412ef;

我们将“n8 + n16 + n32 + n64”序列化为(1 + 2 + 4 + 8) = 15 字节。在存储单个字节时，我们不关心字节顺序，但在所有其他情况下必须关心。这就是为什么多字节值必须强制使用小端序：

    uint8_t ser[15];

    *ser = n8;
    *(uint16_t *)(ser + 1) = bbp_eint16(BBP_LITTLE, n16);
    *(uint32_t *)(ser + 3) = bbp_eint32(BBP_LITTLE, n32);
    *(uint64_t *)(ser + 7) = bbp_eint64(BBP_LITTLE, n64);

如果机器是小端的，数字将被存储而无需额外操作。如果不是，则它们的字节将被颠倒。

生成的ser数组（15 字节）：

    01
    23 45
    67 89 ab cd
    ef 12 34 56 78 9a bc de

固定长度数据

固定长度数据是指其长度事先已知，因此不需要附加长度。在实际代码中，memcpy是序列化二进制数据所需的全部。

以空字符填充的字符串

固定长度字符串以 UTF-8 编码，并用\0字符填充到所需长度。比特币 p2p 协议就是这种情况，其中消息由人类可读的名称标识，如version、tx、getblocks等，最大长度为 12 个字符。在 ex-fixed-strings.c 中：

    uint32_t n32 = 0x68f7a38b;
    char str[] = "FooBar";
    size_t str_len = 10;
    uint16_t n16 = 0xee12;

我们将“n32 + str + n16”序列化为(4 + 10 + 2) = 16 字节。可以安全地假设 ASCII 字符串免费编码为原始字节。需要实际字符串长度来计算填充：

    size_t str_real_len = strlen(str);
    size_t str_pad_len = str_len - str_real_len;

最终打包：

    uint8_t ser[16];

    *(uint32_t *)(ser) = bbp_eint32(BBP_LITTLE, n32);
    memcpy(ser + 4, str, str_real_len);
    if (str_pad_len > 0) {
        memset(ser + 4 + str_real_len, '\0', str_pad_len);
    }
    *(uint16_t *)(ser + 4 + str_len) = bbp_eint16(BBP_LITTLE, n16);

生成的ser数组（16 字节）：

    8b a3 f7 68
    46 6f 6f 42 61 72 00 00 00 00
    12 ee

哈希值

哈希值是固定长度数据的另一个典型示例。在 ex-hashes.c 中（需要 OpenSSL）：

    char message[] = "Hello Bitcoin!";
    uint16_t prefix = 0xd17f;
    uint8_t suffix = 0x8c;
    uint8_t digest[32];

我们将“prefix + hash256(message) + suffix”序列化为(2 + 32 + 1) = 35 字节。下面我们首先计算消息的 SHA-256 摘要：

    bbp_sha256(digest, (uint8_t *)message, strlen(message));

SHA-256 算法产生一个 256 位的摘要，因此我们提前分配一个 32 字节的数组。这里等效于SHA256_DIGEST_LENGTH，但我想尽可能明确。对于字符串“Hello Bitcoin!”的 SHA-256 摘要是：

    51 8a d5 a3 75 fa 52 f8
    4b 2b 3d f7 93 3a d6 85
    eb 62 cf 69 86 9a 96 73
    15 61 f9 4d 10 82 6b 5c

通过再次进行哈希：

    bbp_sha256(digest, digest, 32);

我们得到 hash256 摘要：

    90 98 6e a4 e2 8b 84 7c
    c7 f9 be ba 87 ea 81 b2
    21 ca 6e af 98 28 a8 b0
    4c 29 0c 21 d8 91 bc da

其中90是 MSB，因为 SHA-256 按大端工作。最终打包：

    uint8_t ser[35];

    *(uint16_t *)(ser) = bbp_eint16(BBP_LITTLE, prefix);
    memcpy(ser + 2, digest, 32);
    *(ser + 2 + 32) = suffix;

生成的ser数组（35 字节）：

    7f d1
    90 98 6e a4 e2 8b 84 7c
    c7 f9 be ba 87 ea 81 b2
    21 ca 6e af 98 28 a8 b0
    4c 29 0c 21 d8 91 bc da
    8c

获取代码

完整源代码在 GitHub 上。

下一篇

你已经学会了如何为区块链序列化固定长度数据。

在本系列序列化第二部分中，我们将处理可变长度数据。如果你喜欢这篇文章，请分享 。

我是 AI 翻译官，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，在这里修改，还请包涵～