Bitcoin UTXO代码分析(三):与其它模块的交互

区块链技术巴比特2018-02-15 11:06:01  阅读 -评论 2  阅读原文

前两篇介绍了 UXTO 表示以及 CCoinViewCache的使用: Bitcoin UTXO代码分析(一):UTXO的相关表示 和 Bitcoin UTXO代码分析(二):CCoinsViewCache,这篇文章主要介绍 UTXO 和其他模块的交互:新块被激活的时候如何更新UTXO,内存池中的交易和 UTXO 如何交互,以及 UTXO 的存储。

Bitcoin UTXO代码分析(三):与其它模块的交互

Blockchain激活

Blockchain 发生变化时 UTXO 相关的逻辑:

bool CChainState::ConnectTip(CValidationState& state, const CChainParams& chainparams, CBlockIndex* pindexNew, const std::shared_ptr& pblock, ConnectTrace& connectTrace, DisconnectedBlockTransactions &disconnectpool) { .... { CCoinsViewCache view(pcoinsTip.get()); bool rv = ConnectBlock(blockConnecting, state, pindexNew, view, chainparams); GetMainSignals().BlockChecked(blockConnecting, state); if (!rv) { if (state.IsInvalid()) InvalidBlockFound(pindexNew, state); return error("ConnectTip(): ConnectBlock %s failed", pindexNew->GetBlockHash().ToString()); } nTime3 = GetTimeMicros(); nTimeConnectTotal += nTime3 - nTime2; LogPrint(BCLog::BENCH, " - Connect total: %.2fms [%.2fs (%.2fms/blk)]\n", (nTime3 - nTime2) * MILLI, nTimeConnectTotal * MICRO, nTimeConnectTotal * MILLI / nBlocksTotal); bool flushed = view.Flush(); assert(flushed); } ..... }

bool CChainState::DisconnectTip(CValidationState& state, const CChainParams& chainparams, DisconnectedBlockTransactions *disconnectpool) { ... { CCoinsViewCache view(pcoinsTip.get()); assert(view.GetBestBlock() == pindexDelete->GetBlockHash()); if (DisconnectBlock(block, pindexDelete, view) != DISCONNECT_OK) return error("DisconnectTip(): DisconnectBlock %s failed", pindexDelete->GetBlockHash().ToString()); bool flushed = view.Flush(); assert(flushed); } ... }

在 blockchain 结构重新组织,当前activeChain发生变化时,某些 block 会链接上 activeChain, 某些 block 会断掉跟 activeChain 的链接,内部会调用CChainState::ConnectTip和 CChainState::DisconnectTip,这里会生成临时的 CCoinsViewCache 对象,后端连接上全局的另一个 CCoinsViewCache实例 pcoinsTip, 在调用 ConnectBlock,DisconnectBlock 后,更新自己的状态到 pcoinsTip。

Mempool相关

有一个对象专门用来处理 Mempool 相关的 UTXO,对象为CCoinsViewMemPool:

class CCoinsViewMemPool : public CCoinsViewBacked { protected: const CTxMemPool& mempool; public: CCoinsViewMemPool(CCoinsView* baseIn, const CTxMemPool& mempoolIn); bool GetCoin(const COutPoint &outpoint, Coin &coin) const override; }; { ... CCoinsView viewDummy; CCoinsViewCache view(&viewDummy); { LOCK(mempool.cs); CCoinsViewCache &viewChain = *pcoinsTip; CCoinsViewMemPool viewMempool(&viewChain, mempool); view.SetBackend(viewMempool); // temporarily switch cache backend to db+mempool view

for (const CTxIn& txin : mtx.vin) { view.AccessCoin(txin.prevout); // Load entries from viewChain into view; can fail. } view.SetBackend(viewDummy); // switch back to avoid locking mempool for too long } ... }

在 rpc 请求时,比如: signrawtransaction,combinerawtransaction,构造了临时 viewcache 对象, 临时 viewMempool 对象 CCoinsViewMemPool,CCoinsViewMemPool被设为 view 的后端,这样确保 mtx 交易的父交易,数据来源包括当前 activeChain 的内存部分,磁盘部分,还有 mempool。

gettxout请求:

UniValue gettxout(const JSONRPCRequest& request) { ... if (fMempool) { LOCK(mempool.cs); CCoinsViewMemPool view(pcoinsTip.get(), mempool); if (!view.GetCoin(out, coin) || mempool.isSpent(out)) { return NullUniValue; } } else { if (!pcoinsTip->GetCoin(out, coin)) { return NullUniValue; } } ... }

rpc 请求 gettxout 处理时,如果include_mempool 为 true,会构造临时 ViewMemPool,方便外部用户查询 utxo 时,引入 mempool 中的 utxo。

检查 timelock 交易的代码:

bool CheckSequenceLocks(const CTransaction &tx, int flags, LockPoints* lp, bool useExistingLockPoints) { ... { CCoinsViewMemPool viewMemPool(pcoinsTip.get(), mempool); std::vector prevheights; prevheights.resize(tx.vin.size()); for (size_t txinIndex = 0; txinIndex < tx.vin.size(); txinIndex++) { const CTxIn& txin = tx.vin[txinIndex]; Coin coin; if (!viewMemPool.GetCoin(txin.prevout, coin)) { return error("%s: Missing input", __func__); } if (coin.nHeight == MEMPOOL_HEIGHT) { // Assume all mempool transaction confirm in the next block prevheights[txinIndex] = tip->nHeight + 1; } else { prevheights[txinIndex] = coin.nHeight; } }

} ... }

评估使用timelock的交易时,需要再次构造临时 ViewMemPool,查询当前blockchain tip 对应的 coin 集合与内存池的 coin 集合。

有交易进入内存池时:

static bool AcceptToMemoryPoolWorker(const CChainParams& chainparams, CTxMemPool& pool, CValidationState& state, const CTransactionRef& ptx,bool* pfMissingInputs, int64_t nAcceptTime, std::list* plTxnReplaced,bool bypass_limits, const CAmount& nAbsurdFee, std::vector& coins_to_uncache) { ..... CCoinsView dummy; CCoinsViewCache view(&dummy); LockPoints lp; { LOCK(pool.cs); CCoinsViewMemPool viewMemPool(pcoinsTip.get(), pool); view.SetBackend(viewMemPool); // do all inputs exist? for (const CTxIn txin : tx.vin) { if (!pcoinsTip->HaveCoinInCache(txin.prevout)) { coins_to_uncache.push_back(txin.prevout); } if (!view.HaveCoin(txin.prevout)) { // Are inputs missing because we already have the tx? for (size_t out = 0; out < tx.vout.size(); out++) { // Optimistically just do efficient check of cache for outputs if (pcoinsTip->HaveCoinInCache(COutPoint(hash, out))) { return state.Invalid(false, REJECT_DUPLICATE, "txn-already-known"); } } // Otherwise assume this might be an orphan tx for which we just haven't seen parents yet if (pfMissingInputs) { *pfMissingInputs = true; } return false; // fMissingInputs and !state.IsInvalid() is used to detect this condition, don't set state.Invalid() } } // Bring the best block into scope view.GetBestBlock(); view.SetBackend(dummy); ...... }

在AcceptToMemoryPoolWorker中,构造了临时 ccoinsviewcache 对象 view,临时 ccoinsviewMemPool 对象 viewmempool,view 后端数据来源是viewmempool。

UTXO的存储

utxo 的磁盘存储使用了 leveldb 键值对数据库, 键的序列化格式:

C[32 bytes of outpoint->hash][varint(outpoint->n]

struct CoinEntry { COutPoint* outpoint; char key; explicit CoinEntry(const COutPoint* ptr) : outpoint(const_cast(ptr)), key(DB_COIN) {} template void Serialize(Stream &s) const { s << key; s << outpoint->hash; s << VARINT(outpoint->n); } template void Unserialize(Stream& s) { s >> key; s >> outpoint->hash; s >> VARINT(outpoint->n); } };

value 对应的存储格式是就是 coin 对象的序列化形式:

VARINT((coinbase?1: 0) | (height <<1))

CTxout 的序列化格式(使用 CTxOutCompressor 类定制特殊压缩方式)。

template void Serialize(Stream &s) const { assert(!IsSpent()); uint32_t code = nHeight * 2 + fCoinBase; ::Serialize(s, VARINT(code)); ::Serialize(s, CTxOutCompressor(REF(out))); }

在每一个 CTxout 对象本身之前, 加上了一个变长编码的code = nHeight * 2 + fCoinBase数字,接着就是 txcout 本身:

class CTxOutCompressor { inline void SerializationOp(Stream& s, Operation ser_action) { if (!ser_action.ForRead()) { uint64_t nVal = CompressAmount(txout.nValue); READWRITE(VARINT(nVal)); } else { uint64_t nVal = 0; READWRITE(VARINT(nVal)); txout.nValue = DecompressAmount(nVal); } CScriptCompressor cscript(REF(txout.scriptPubKey)); READWRITE(cscript); } }

接着是被压缩的数目, 使用CompressAmount成员函数中的算法:

uint64_t CTxOutCompressor::CompressAmount(uint64_t n) { if (n == 0) return 0; int e = 0; while (((n % 10) == 0) && e < 9) { n /= 10; e++; } if (e < 9) { int d = (n % 10); assert(d >= 1 && d <= 9); n /= 10; return 1 + (n*9 + d - 1)*10 + e; } else { return 1 + (n - 1)*10 + 9; } }

CTxout 中的锁定脚本使用CScriptCompressor 对象压缩存储:

class CScriptCompressor { template void Serialize(Stream &s) const { std::vector compr; if (Compress(compr)) { s << CFlatData(compr); return; } unsigned int nSize = script.size() + nSpecialScripts; s << VARINT(nSize); s << CFlatData(script); } }

基本思路, 对于 p2pkh 类型的脚本, 比如:

OP_DUP OP_HASH160 ab68025513c3dbd2f7b92a94e0581f5d50f654e7 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG,

压缩成:

[0x00][ab68025513c3dbd2f7b92a94e0581f5d50f654e7]

总共 21 字节。

p2sh 类型脚本, 比如:

OP_HASH160 20 0x620a6eeaf538ec9eb89b6ae83f2ed8ef98566a03 OP_EQUAL

压缩成:

[0x01][620a6eeaf538ec9eb89b6ae83f2ed8ef98566a03]

总共 21 字节。

p2pk 类型脚本, 比如:

33 0x022df8750480ad5b26950b25c7ba79d3e37d75f640f8e5d9bcd5b150a0f85014da OP_CHECKSIG

压缩成:

[0x2][2df8750480ad5b26950b25c7ba79d3e37d75f640f8e5d9bcd5b150a0f85014da]

总共 33 字节, 未压缩的 p2pk 脚本, 首字节是 0×04|(pubkey[64]&0×01), 接着是 32 字节的 pubkey 的 x 坐标。

对于其它不能被压缩的脚本, 如 segwit 的 scriptPubKey,采用下面方法:

unsigned int nSize = script.size() + nSpecialScripts; s << VARINT(nSize); s << CFlatData(script);

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