以太坊源碼分析之一整體流程

⑴ 以太坊是一個什麼樣的東西怎麼開發

以太坊是一種區塊鏈的實現。在以太坊網路中，眾多的節點彼此連接，構成了以太坊網路： 以太坊節點軟體提供兩個核心功能：數據存儲、合約代碼執行。在每個以太坊全節點中，都保存有完整的區塊鏈數據。以太坊不僅將交易數據保存在鏈上，編譯後 的合約代碼同樣也保存在鏈上。以太坊全節點中，同時還提供了一個虛擬機來執行合約代碼。以太坊虛擬機 以太坊區塊鏈不僅存儲數據和代碼，每個節點中還包含一個虛擬機（EVM：Ethereum Virtual Machine）來執行 合約代碼 —— 聽起來就像計算機操作系統。事實上，這一點是以太坊區別於比特幣（Bitcoin）的最核心的一點：虛擬機的存在使區塊鏈邁入了2.0 時代，也讓區塊鏈第一次成為應用開發者友好的平台。以上內容來自：以太坊DApp開發入門教程

⑵ 以太坊架構是怎麼樣的

以太坊最上層的是DApp。它通過Web3.js和智能合約層進行交換。所有的智能合約都運行在EVM（以太坊虛擬機）上，並會用到RPC的調用。在EVM和RPC下面是以太坊的四大核心內容，包括：blockChain, 共識演算法，挖礦以及網路層。除了DApp外，其他的所有部分都在以太坊的客戶端里，目前最流行的以太坊客戶端就是Geth（Go-Ethereum）

⑶ 以太坊技術系列-以太坊數據結構

本篇文章和大家介紹一下以太坊的數據結構，上篇文章我們提到，以太坊為了實現智能合約這一功能，使用了基於賬戶的模型。我們來看看以太坊中數據結構。

既然是基於賬戶的模型，我們需要通過賬戶地址找到賬戶的狀態。就像通過銀行卡號可以找到你在銀行中的各種信息一樣。最簡單的想法當然是一個簡單的哈希表 key是賬戶地址 value是賬戶狀態。但這里有個問題解決不了。

輕節點如何校驗賬戶合法性？

上篇我們說過，區塊鏈中有2類節點，全節點和輕節點，輕節點只會存儲block header，所以輕節點如何才能校驗賬號是否合法呢？

這個思路和我們平時用的md5校驗一致，我們會對區塊內的信息進行hash運算從而得出區塊內信息唯一確定的值，區塊鏈所有節點中這個值都是相同的。

在這個過程中我們用到了一種數據結構Merkle Tree（哈希樹），我們先看下Merkle Tree（哈希樹）的示意圖。

上篇文章說到區塊鏈中的鏈表(哈希鏈)和我們平時常見鏈表不同的是將指針從地址改為了hash指，這里也一樣，哈希樹和二叉樹的區別有2個

1.將地址改為了哈希值

2.只有葉子節點存儲數據

回到之前的問題輕節點是如何校驗1個賬戶或交易是否是在鏈上的呢？

整個流程如上圖所示

1.輕節點需要判斷1個賬號是否合法

2.輕節點由於只存儲block header，所以拿到1個賬號的時候會向全節點發出請求

3.全節點存儲了所有賬戶狀態，將賬戶路徑中的需要計算用到的hash值返回給輕節點

4.輕節點本地進行計算根hash值，如果計算結果和自己存儲一致則賬戶合法，不一致則不合法。

那以太坊中的賬戶信息的數據結構就是這樣嗎？

直接用這樣的數據結構來存儲賬戶信息會有2個問題

查找困難

生成hash值不確定

第1個問題應該比較容易發現，在這個樹中尋找1個賬號需要的復雜度是O(n),因為沒有任何順序。

第2個問題其實也是因為無序導致的，無序的組合每個節點針對同一批賬戶生成的hash值不一致，這就導致無法達成共識。

既然2個問題都和順序有關，那我們類似二叉排序樹一樣，使用哈希排序樹是不是就可以解決問題了呢？

使用排序樹後會帶來另外1個問題

插入困難

因為要維持樹是有序的，很可能帶來樹結構的很大變動。

以太坊中使用了另外一種數據結構字典樹。和哈希樹不同，字典樹應該是很多地方都有使用。我們簡單來看下字典樹的結構。

字典樹能夠較好地解決哈希樹的2個缺點1.查找困難 2.生成的hash值不確定以及排序二叉樹的1個缺點 插入困難。

但字典樹我們可以看到可能樹的深度可能由於部分元素導致整棵樹深度非常深。

這時我們可以進一步優化，將相同路徑進行壓縮。這就是壓縮字典樹。

將哈希樹和壓縮字典樹結合，就可以得到以太坊存儲賬戶的最終數據結構-MPT。

將壓縮字典樹裡面的指針從地址改為指針，並且將數據存儲在葉子節點中即可。

介紹完狀態樹的數據結構，我們接下來討論1個問題，區塊中存儲的賬戶狀態是什麼樣的范圍。有2種選擇。

只保存當時區塊中產生交易的賬戶狀態。

保存全局所有的賬戶。

我們可以看下這2種方式，無非就是空間和時間的平衡，只保存當前區塊產生的交易意味著是做懶載入(需要的時候才去尋找賬戶)，在區塊鏈中這個代價是非常大的，因為尋找的賬戶之前從未交易過，這樣會遍歷整個區塊鏈。另外一種保存全局的賬戶方式雖然看起來空間消耗較大，但查找快捷，而且空間的問題我們可以通過其他方式優化。所以最終以太坊選擇了第2種每個區塊都報錯全局所有賬戶的方式。

我們來看下以太坊中是如何保存狀態樹的。

可以看到以太坊中雖然每個區塊都保存了全部賬戶，但是會將未發生變化的賬戶狀態指向前1個節點，本身只存儲發生變化的狀態，這樣可以較大程度優化空間佔用。

介紹完以太坊中比較復雜的狀態樹後，我們繼續來看看以太坊中的另外兩棵樹，交易樹和收據樹。

首先介紹一下，為什麼需要交易樹&收據樹。

1.交易樹

雖然以太坊是基於賬戶的模型，但是就像銀行不僅會存儲銀行卡的余額，還會存儲卡中的每筆錢怎麼來的以及怎麼花的。交易樹中就存儲著當前區塊中的包含的所有交易。

2.收據樹

由於智能合約的引入增加了不少復雜性，所以以太坊用收據樹存儲著一些交易操作的額外信息。比如交易過程中執行日誌就包含在收據樹中方便查詢。收據樹和交易樹是一一對應的。每發生一次交易就會有一次收據。

和狀態樹不同交易樹和收據樹只維護當前區塊內發生的交易，因為當時區塊發生交易時不需要再去查找另外1個交易，也就之前需要可能遍歷整個區塊鏈的查找操作了。

由於以太坊中的出塊速度較快，我們進行一些查詢一些符合條件交易的時候會面臨大量數據遍歷困難的問題。收據樹中引入了布隆過濾器可以幫助我們有效緩解這一困難。

布隆過濾器將大集合中每個元素進行hash運算映射到1個較小的集合，這時再來1個元素要判斷是否在大集合的時候，不需要遍歷整個大集合，而是去進行hash運算去小集合中尋找是否存在，如果不存在，肯定不在大集合中，如果存在則不能說明任何問題。

如上圖所示，布隆過濾器只能證明某1個元素不在集合中，不能證明1個元素在結合中。

以太坊中如果我們要在較多區塊中尋找某1個交易，則可以利用布隆過濾器，過濾掉肯定不存在目標交易的區塊，然後進入收據樹內繼續利用布隆過濾器篩選，剩下的才是可能的目標交易的交易，進行一一比對即可。

我們介紹了以太坊的核心數據結構，狀態樹&交易樹&收據樹，他們都是使用相同的數據結構-哈希壓縮字典樹。但狀態樹是維護1顆全局賬戶樹，交易樹和收據樹則是維護本區塊內的交易或收據。

介紹完數據結構後，後面我們會用幾篇文章來介紹以太坊中的一些核心演算法，比如共識機制，挖礦演算法等。

⑷ [以太坊源碼分析][p2p網路07]：同步區塊和交易

同步，也就是區塊鏈的數據的同步。這里分為兩種同步方式，一是本地區塊鏈與遠程節點的區塊鏈進行同步，二是將交易均勻的同步給相鄰的節點。

01.同步區塊鏈
02.同步交易
03.總結

ProtocolManager 協議管理中的 go pm.syncer() 協程。

先啟動了 fetcher ，輔助同步區塊用的。然後等待不同的事件觸發不同的同步方式。

同步的過程調用 pm.synchronise 方法來進行。

ProtocolManager 協議管理中的 go pm.txsyncLoop() 協程。

同步交易循環 txsyncLoop 分為三個部分的內容：

發送交易的函數。

挑選函數。

三個監聽協程的 case 。

⑸ 以太坊源碼分析（一 簡介）

以太坊作為目前區塊鏈技術2.0的代表作品，無論是它獨創的智能合約以及它本身交易的速度都優於bitcoin，通過看它的白皮書以及一些文章也略微了解了它的一些原理，但是總體還是對它的實現半知半解。
因此就想分析下它的實現源碼，再結合白皮書也許可以深入的理解它的實現。

每個包的作用大致為：

以上為個人初步理解，如有不當之處望指正

註：資料查詢主要位置 wiki eip

⑹ 以太坊C++源碼解析（九）區塊頭

區塊頭定義位於libethcore\BlockHeader.h文件中，是一個非常簡單的類，我們來看看它包含哪些重要數據：

⑺ 以太坊源碼分析--p2p節點發現

節點發現功能主要涉及 Server Table udp 這幾個數據結構，它們有獨自的事件響應循環，節點發現功能便是它們互相協作完成的。其中，每個以太坊客戶端啟動後都會在本地運行一個 Server ，並將網路拓撲中相鄰的節點視為 Node ，而 Table 是 Node 的容器， udp 則是負責維持底層的連接。下面重點描述它們中重要的欄位和事件循環處理的關鍵部分。

PrivateKey - 本節點的私鑰，用於與其他節點建立時的握手協商
Protocols - 支持的所有上層協議
StaticNodes - 預設的靜態 Peer ，節點啟動時會首先去向它們發起連接，建立鄰居關系
newTransport - 下層傳輸層實現，定義握手過程中的數據加密解密方式，默認的傳輸層實現是用 newRLPX() 創建的 rlpx ，這不是本文的重點
ntab - 典型實現是 Table ，所有 peer 以 Node 的形式存放在 Table
ourHandshake - 與其他節點建立連接時的握手信息，包含本地節點的版本號以及支持的上層協議
addpeer － 連接握手完成後，連接過程通過這個通道通知 Server

Server 的監聽循環，啟動底層監聽socket，當收到連接請求時，Accept後調用 setupConn() 開始連接建立過程

Server的主要事件處理和功能實現循環

Node 唯一表示網路上的一個節點

IP - IP地址
UDP/TCP - 連接使用的UDP/TCP埠號
ID - 以太坊網路中唯一標識一個節點，本質上是一個橢圓曲線公鑰(PublicKey)，與 Server 的 PrivateKey 對應。一個節點的IP地址不一定是固定的，但ID是唯一的。
sha - 用於節點間的距離計算

Table 主要用來管理與本節點與其他節點的連接的建立更新刪除

bucket - 所有 peer 按與本節點的距離遠近放在不同的桶(bucket)中，詳見之後的 節點維護
refreshReq - 更新 Table 請求通道

Table 的主要事件循環，主要負責控制 refresh 和 revalidate 過程。
refresh.C - 定時(30s)啟動Peer刷新過程的定時器
refreshReq - 接收其他線程投遞到 Table 的 刷新Peer連接 的通知，當收到該通知時啟動更新，詳見之後的 更新鄰居關系
revalidate.C - 定時重新檢查以連接節點的有效性的定時器，詳見之後的 探活檢測

udp 負責節點間通信的底層消息控制，是 Table 運行的 Kademlia 協議的底層組件

conn - 底層監聽埠的連接
addpending － udp 用來接收 pending 的channel。使用場景為：當我們向其他節點發送數據包後(packet)後可能會期待收到它的回復，pending用來記錄一次這種還沒有到來的回復。舉個例子，當我們發送ping包時，總是期待對方回復pong包。這時就可以將構造一個pending結構，其中包含期待接收的pong包的信息以及對應的callback函數，將這個pengding投遞到udp的這個channel。 udp 在收到匹配的pong後，執行預設的callback。
gotreply - udp 用來接收其他節點回復的通道，配合上面的addpending，收到回復後，遍歷已有的pending鏈表，看是否有匹配的pending。
Table - 和 Server 中的ntab是同一個 Table

udp 的處理循環，負責控制消息的向上遞交和收發控制

udp 的底層接受數據包循環，負責接收其他節點的 packet

以太坊使用 Kademlia 分布式路由存儲協議來進行網路拓撲維護，了解該協議建議先閱讀 易懂分布式 。更權威的資料可以查看 wiki 。總的來說該協議：

源碼中由 Table 結構保存所有 bucket ， bucket 結構如下

節點可以在 entries 和 replacements 互相轉化，一個 entries 節點如果 Validate 失敗，那麼它會被原本將一個原本在 replacements 數組的節點替換。

有效性檢測就是利用 ping 消息進行探活操作。 Table.loop() 啟動了一個定時器（0~10s），定期隨機選擇一個bucket，向其 entries 中末尾的節點發送 ping 消息，如果對方回應了 pong ，則探活成功。

Table.loop() 會定期（定時器超時）或不定期（收到refreshReq）地進行更新鄰居關系（發現新鄰居），兩者都調用 doRefresh() 方法，該方法對在網路上查找離自身和三個隨機節點最近的若干個節點。

Table 的 lookup() 方法用來實現節點查找目標節點，它的實現就是 Kademlia 協議，通過節點間的接力，一步一步接近目標。

當一個節點啟動後，它會首先向配置的靜態節點發起連接，發起連接的過程稱為 Dial ，源碼中通過創建 dialTask 跟蹤這個過程

dialTask表示一次向其他節點主動發起連接的任務

在 Server 啟動時，會調用 newDialState() 根據預配置的 StaticNodes 初始化一批 dialTask ， 並在 Server.run() 方法中，啟動這些這些任務。

Dial 過程需要知道目標節點( dest )的IP地址，如果不知道的話，就要先使用 recolve() 解析出目標的IP地址，怎麼解析？就是先要用藉助 Kademlia 協議在網路中查找目標節點。

當得到目標節點的IP後，下一步便是建立連接，這是通過 dialTask.dial() 建立連接

連接建立的握手過程分為兩個階段，在在 SetupConn() 中實現
第一階段為 ECDH密鑰建立 ：

第二階段為協議握手,互相交換支持的上層協議

如果兩次握手都通過，dialTask將向 Server 的 addpeer 通道發送 peer 的信息

⑻ 以太坊源碼go-ethereum怎麼運行

以太幣（ETH）是以太坊（Ethereum）的一種數字代幣，開發者們需要支付以太幣（ETH）來支撐應用的運行。以太幣和其他數字貨幣一樣，可以在交易平台上進行買賣。
通俗一點說，以太坊是開源平台數字貨幣和區塊鏈平台，它為開發者提供在區塊鏈上搭建...

⑼ 【深度知識】以太坊數據序列化RLP編碼/解碼原理

RLP(Recursive Length Prefix)，中文翻譯過來叫遞歸長度前綴編碼，它是以太坊序列化所採用的編碼方式。RLP主要用於以太坊中數據的網路傳輸和持久化存儲。

對象序列化方法有很多種，常見的像JSON編碼，但是JSON有個明顯的缺點：編碼結果比較大。例如有如下的結構：

變數s序列化的結果是{"name":"icattlecoder","sex":"male"},字元串長度35，實際有效數據是icattlecoder 和male，共計16個位元組，我們可以看到JSON的序列化時引入了太多的冗餘信息。假設以太坊採用JSON來序列化，那麼本來50GB的區塊鏈可能現在就要100GB，當然實際沒這么簡單。

所以，以太坊需要設計一種結果更小的編碼方法。

RLP編碼的定義只處理兩類數據：一類是字元串（例如位元組數組），一類是列表。字元串指的是一串二進制數據，列表是一個嵌套遞歸的結構，裡面可以包含字元串和列表，例如["cat",["puppy","cow"],"horse",[[]],"pig",[""],"sheep"]就是一個復雜的列表。其他類型的數據需要轉成以上的兩類，轉換的規則不是RLP編碼定義的，可以根據自己的規則轉換，例如struct可以轉成列表，int可以轉成二進制（屬於字元串一類），以太坊中整數都以大端形式存儲。

從RLP編碼的名字可以看出它的特點：一個是遞歸，被編碼的數據是遞歸的結構，編碼演算法也是遞歸進行處理的；二是長度前綴，也就是RLP編碼都帶有一個前綴，這個前綴是跟被編碼數據的長度相關的，從下面的編碼規則中可以看出這一點。

對於值在[0, 127]之間的單個位元組，其編碼是其本身。

例1：a的編碼是97。

如果byte數組長度l <= 55，編碼的結果是數組本身，再加上128+l作為前綴。

例2：空字元串編碼是128，即128 = 128 + 0。

例3：abc編碼結果是131 97 98 99，其中131=128+len("abc")，97 98 99依次是a b c。

如果數組長度大於55， 編碼結果第一個是183加數組長度的編碼的長度，然後是數組長度的本身的編碼，最後是byte數組的編碼。

請把上面的規則多讀幾篇，特別是數組長度的編碼的長度。

例4：編碼下面這段字元串：

The length of this sentence is more than 55 bytes, I know it because I pre-designed it
這段字元串共86個位元組，而86的編碼只需要一個位元組，那就是它自己，因此，編碼的結果如下：

184 86 84 104 101 32 108 101 110 103 116 104 32 111 102 32 116 104 105 115 32 115 101 110 116 101 110 99 101 32 105 115 32 109 111 114 101 32 116 104 97 110 32 53 53 32 98 121 116 101 115 44 32 73 32 107 110 111 119 32 105 116 32 98 101 99 97 117 115 101 32 73 32 112 114 101 45 100 101 115 105 103 110 101 100 32 105 116
其中前三個位元組的計算方式如下：

184 = 183 + 1，因為數組長度86編碼後僅佔用一個位元組。
86即數組長度86
84是T的編碼
例5：編碼一個重復1024次"a"的字元串，其結果為：185 4 0 97 97 97 97 97 97 ...。
1024按 big endian編碼為004 0，省略掉前面的零，長度為2，因此185 = 183 + 2。

規則1~3定義了byte數組的編碼方案，下面介紹列表的編碼規則。在此之前，我們先定義列表長度是指子列表編碼後的長度之和。

如果列表長度小於55，編碼結果第一位是192加列表長度的編碼的長度，然後依次連接各子列表的編碼。

注意規則4本身是遞歸定義的。
例6：["abc", "def"]的編碼結果是200 131 97 98 99 131 100 101 102。
其中abc的編碼為131 97 98 99,def的編碼為131 100 101 102。兩個子字元串的編碼後總長度是8，因此編碼結果第一位計算得出：192 + 8 = 200。

如果列表長度超過55，編碼結果第一位是247加列表長度的編碼長度，然後是列表長度本身的編碼，最後依次連接各子列表的編碼。

規則5本身也是遞歸定義的，和規則3相似。

例7：

["The length of this sentence is more than 55 bytes, ", "I know it because I pre-designed it"]
的編碼結果是:

248 88 179 84 104 101 32 108 101 110 103 116 104 32 111 102 32 116 104 105 115 32 115 101 110 116 101 110 99 101 32 105 115 32 109 111 114 101 32 116 104 97 110 32 53 53 32 98 121 116 101 115 44 32 163 73 32 107 110 111 119 32 105 116 32 98 101 99 97 117 115 101 32 73 32 112 114 101 45 100 101 115 105 103 110 101 100 32 105 116
其中前兩個位元組的計算方式如下：

248 = 247 +1
88 = 86 + 2，在規則3的示例中，長度為86，而在此例中，由於有兩個子字元串，每個子字元串本身的長度的編碼各佔1位元組，因此總共佔2位元組。
第3個位元組179依據規則2得出179 = 128 + 51
第55個位元組163同樣依據規則2得出163 = 128 + 35

例8：最後我們再來看個稍復雜點的例子以加深理解遞歸長度前綴，

["abc",["The length of this sentence is more than 55 bytes, ", "I know it because I pre-designed it"]]
編碼結果是：

248 94 131 97 98 99 248 88 179 84 104 101 32 108 101 110 103 116 104 32 111 102 32 116 104 105 115 32 115 101 110 116 101 110 99 101 32 105 115 32 109 111 114 101 32 116 104 97 110 32 53 53 32 98 121 116 101 115 44 32 163 73 32 107 110 111 119 32 105 116 32 98 101 99 97 117 115 101 32 73 32 112 114 101 45 100 101 115 105 103 110 101 100 32 105 116
列表第一項字元串abc根據規則2，編碼結果為131 97 98 99,長度為4。
列表第二項也是一個列表項：

["The length of this sentence is more than 55 bytes, ", "I know it because I pre-designed it"]
根據規則5，結果為

248 88 179 84 104 101 32 108 101 110 103 116 104 32 111 102 32 116 104 105 115 32 115 101 110 116 101 110 99 101 32 105 115 32 109 111 114 101 32 116 104 97 110 32 53 53 32 98 121 116 101 115 44 32 163 73 32 107 110 111 119 32 105 116 32 98 101 99 97 117 115 101 32 73 32 112 114 101 45 100 101 115 105 103 110 101 100 32 105 116
長度為90，因此，整個列表的編碼結果第二位是90 + 4 = 94, 佔用1個位元組，第一位247 + 1 = 248

以上5條就是RPL的全部編碼規則。

各語言在具體實現RLP編碼時，首先需要將對像映射成byte數組或列表兩種形式。以go語言編碼struct為例，會將其映射為列表，例如Student這個對象處理成列表["icattlecoder","male"]

如果編碼map類型，可以採用以下列表形式：

[["",""],["",""],["",""]]

解碼時，首先根據編碼結果第一個位元組f的大小，執行以下的規則判斷：

1.如果f∈ [0,128),那麼它是一個位元組本身。

2.如果f∈[128,184)，那麼它是一個長度不超過55的byte數組，數組的長度為 l=f-128

3.如果f∈[184,192)，那麼它是一個長度超過55的數組，長度本身的編碼長度ll=f-183,然後從第二個位元組開始讀取長度為ll的bytes，按照BigEndian編碼成整數l，l即為數組的長度。

4.如果f∈(192,247]，那麼它是一個編碼後總長度不超過55的列表，列表長度為l=f-192。遞歸使用規則1~4進行解碼。

5.如果f∈(247,256]，那麼它是編碼後長度大於55的列表，其長度本身的編碼長度ll=f-247,然後從第二個位元組讀取長度為ll的bytes,按BigEndian編碼成整數l，l即為子列表長度。然後遞歸根據解碼規則進行解碼。

以上解釋了什麼叫遞歸長度前綴編碼，這個名字本身很好的解釋了編碼規則。

（1） 以太坊源碼學習—RLP編碼( https://segmentfault.com/a/1190000011763339 )
（2）簡單分析RLP編碼原理
( https://blog.csdn.net/itchosen/article/details/78183991 )

⑽ 以太坊交易(tx) 分析

更多請參考: Github: https://github.com/xianfeng92/ethereum-code-analysis

其中 object 和 opcodes 是相對應的，比如 60 對應就是 operation PUSH1,合約編譯後的位元組碼即為一組的 operation 。

合約部署其實就是實例化一個 contract 對象，並將 data 的值設給 Code屬性 。

創建合約的tx中，input欄位對應的是合約的位元組碼，即指令數組。

其中 input 欄位對應所要調用的函數簽名的前四個位元組（771602f7）以及對應的參數（1,2）

其中 input 欄位為所要調用的合約函數簽名的前四個位元組（72a099b7）

關於函數調用，Call會把對應的Code讀出來，依次解析，Code中會把所有的public簽名的函數標志（4位元組）push到棧里。然後依據 input 中需要調用函數的簽名標志（前4位元組）來匹配 Code， 匹配之後跳轉到對應的 opcode 。