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
▼ 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
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
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
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
▼ 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
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
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
▼ 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。
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
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正文到此结束
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