区块链系列----比特币go语言源码-BTCD整体架构 - 好文

前言

笔者一直致力于区块链底层技术研究。本文将讲下第一代区块链(比特币)，go语言版本BTCD <https://github.com/btcsuite/btcd>
源码整体架构。

如果你是刚入门区块链技术，那么笔者建议可以先学习下blockchain_go
<https://github.com/Jeiwan/blockchain_go>。
blockchain_go:一个简单的go语言实现的区块链工程（A simplified blockchain implementation in
Golang）

blockchain_go将从区块(Block)，工作证明机制(Pow)，数据存储(BoltDB)，UTXO，地址(address)，网络(P2P)等方面讲解区块链基础版本的实现。

BTCD 是用go语言实现的完整节点的比特币实现。
BTCD和Bitcoin
Core之间的区别是Btcd不包括钱包(wallet)功能，即交易部分。这是一个有意义的设计决策，可以通过Etcd同步比特币区块和挖矿。

架构

Btcd包括部分P2P网络、BlockChain、交易池TxPool、挖矿Pow、Rpc接口。

1.P2P网络：

地址管理、连接管理、协议数据。
地址管理：p2p连接地址的管理，包括未连接地址和连接成功地址。
连接管理：通过tcp协议连接外部节点，打开自己的tcp服务器；同时用于接收比特币协议数据(Peer.go inHandler())
同步管理器：用于统一处理各个节点发送和接收到的数据，以便同步区块链和同步交易。

2.BlockChain

BlockChain(区块链)包括ffldb存储，数据结构和Chain基本逻辑。
ffldb存储：是基于goleveldb(嵌入式数据库leveldb的go语言版本)，开发了上成api。
数据结构
：顾名思义包括BlockChain的地址数据结构，块数据结构，链的数据结构。还包括Merkle树的逻辑，椭圆曲线算法的接口，比特币脚本Script逻辑。

3.交易池TxPool

交易池TxPool是用来管理所有接收到的交易Tx。
pool map[chainhash.Hash]*TxDesc //交易池 orphans map[chainhash.Hash]*orphanTx
//孤立交易池
4.挖矿Pow

定时获取交易池TxPool中的交易池Tx 算出头Hash，遍历*maxExtraNonce*int64数，输出一定难度值的hash值。
CPUMiner.go generateBlocks方法。
启动及目录结构

1.启动btcd

配置sample-btcd.conf文件，到btcd.exe 同一级目录
[Application Options] rpcuser=myuser rpcpass=SomeDecentp4ssw0rd datadir=D
:/btcd/data logdir=D:/btcd/logs configfile=D:/btcd/config/btcd.conf rpccert=D
:/btcd/config/rpc.cert rpckey=D:/btcd/config/rpc.key debuglevel=debug
启动btcd
.\btcd.exe
2.启动客户端btcctl

配置btcctl.conf文件，到btcctl.exe 同一级目录
[Application Options] rpcuser=WD6r9pYx/q8k/rywvrwclShlHd4=
rpcpass=bjKKPvzWEaQbNpgo3Ium5YB0N38= rpccert=D:/btcd/config/rpc.cert
启动btcctl：
getinfo启动一个指令，其他指令请执行.\btcctl.exe -l .\btcctl.exe -C .\btcctl.conf getinfo
3.目录结构
addmgr - 地址管理 blockchain - 实现比特币区块处理和链选择规则 blockchain / fullblocktests -
提供一组用于测试共识验证规则的块测试 btcec - 实现对比特币脚本所需的椭圆曲线密码函数的支持 btcjson - 为底层的JSON
-RPC命令和返回值提供一个扩展的API chaincfg/chainhash - 提供通用的散列类型和相关函数，允许抽象特定的散列算法。 connmgr -
链接管理器 database - 为比特币区块链提供数据库接口,实现了ffldb mempool - 未发掘的比特币交易池。 mining - pow挖矿
netsync - 同步管理器，同步区块链和交易 peer - 创建和管理比特币对等网络，及上行下行数据包的处理 rpcclient -
实现一个强大且易于使用的支持Websocket的比特币JSON-RPC客户端 txscript - 实现比特币交易脚本语言 wire - 实现比特币网络协议
启动过程

btcd的运行过程主要在server.start

1.启动s.peerHandler():

1.启动地址管理器addrManager (savePeers 保存地址)
addrManager.go peersFile //保存在文件中的连接节点信息 addrIndex //addrNew 与 addrTried地址集合
addrNew//map[桶树编号][地址map集合]，未被确定可连接的集合 addrTried //连接成功集合 nTried //addrTried大小
nNew//addrNew大小 knownaddress.go attempts //连接次数 lastattempt //最后一次连接时间
lastsuccess//最后一次成功连接时间 refs //节点被连接次数
2.启动同步管理器syncManager， blockHandler接收数据
manager.go txMsg //交易信息 blockMsg //下载的块消息 invMsg //区块和交易的哈希值 headersMsg
//header消息 processBlockMsg //挖到新块
3.启动连接管理 connManage
connHandler
开启监听handleConnected与handleDisconnected服务，connReq链接成功的去调用OnConnection，由outboundPeerConnected处理请求
listenHandler OnAccept开启服务，由inboundPeerConnected处理请求 NewConnReqConnect链接线上节点
4.启动Peer服务
//peer 链接监控 go p.stallHandler() //接受其他节点发送的报文 go p.inHandler()
//需要发送的报文需由queueHandler处理后发送至其他节点 go p.queueHandler() //发送报文 go p.outHandler()
//心跳检测 go p.pingHandler()
2.启动rpc:
go s.rebroadcastHandler()// 确保用户提交的tx 上链 s.rpcServer.Start()
//开启http和websocket请求
3.启动挖矿:
s.cpuMiner.Start()
4.block同步，Tx同步

节点链接到一个线上节点后，就开始同步区块。

同时节点会把未确定交易下载到TxPool
tx(ProcessTransaction)处理流程:
1. handleTxMsg 处理交易入口 2. 检测该交易Hash是否已经存在于交易池或者孤立池 3. 检查交易大小金额是否正确，标准交易验证 4.
检查是否有双花5. 检查交易输入是否有效、签名等 6. 将交易封装加入到交易池，更新lastUpdate 7. 如果输入不存在，则进入孤立交易处理流程
总结

以上别说笔者是Btcd架构和启动过程的大致理解，可能不是很到位。后续笔者将对Btcd数据同步和挖矿做详细的介绍。
作者：niyuelin(区块链极客，一直致力于区块链底层技术的研究) 欢迎大家加入区块链技术探讨群，QQ群号21911041

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