以太坊源码分析报告

以太坊源码分析报告

一、 前言

以比特币为代表的虚拟货币时代，代表着区块链1.0，基于P2P 网络构建，实现了去中心化的数字货币交易功能。但是1.0只满足了虚拟货币的需要，很难普及到其他行业。比如比特币只提供了有限的非图灵完备的脚本能力，不大可能在其上搭建第三方的应用。发展到区块链2.0，便出现了以以太坊为代表的智能合约平台，提供强大的合约编程环境，可以实现复杂的业务逻辑。与比特币系统相比以太坊并没有本质的区别，只是全面实现和支持智能合约，让区块链技术不只是发币。

本文以以太坊的官方go 语言版本实现go-ethereum 为目标，分析其源码实现。

二、 以太坊架构简介 1. 最顶层是去中心化应用层，即DApp 。它使用truffle 开发测试框架（最流行）编写部署和测试客户端，并通过web3.js 和智能合约层交互；

2. 智能合约层通过以太坊虚拟机EVM 交互处理BlockChain 及共识相关的事务，同时通过RPC 协议进行挖矿和网络层事务的交互；

以太坊实现 Web3.js

核心

去中心化应用层

智能合约层

EVM

RPC 区块链

管理模块 共识模块 挖矿模块 网络模块

P2P 加解密库 levelDB Solidity Math & Number

账户

管理模块

3.区块链管理模块围绕交易、块和状态进行管理，包括区块的同步验证及异常和分叉

处理、交易的广播接收处理和验证及执行、底层数据的读写更新等；

4.共识模块是制定的认定区块合法的机制，包括PoW（Proof Of Work 工作量证明，以

太坊使用变种的Ethash算法）及PoS（Proof Of Stake 权益证明，只在测试网络中使

用），符合共识算法的新区块才会被节点认可和接纳，链接到分布式账本中，同时才

能让矿工得到收益；

5.挖矿模块管理挖矿工作，将争夺记账权的过程分解成多个并行子任务进行；

6.账户管理模块管理以太坊系统中的账户，包括普通账户及合约账户的生成和管理，

还有钱包及密钥的生成、导入和导出；

7.网络模块管理着系统中的Peer、Protocol、Downloader、Sync等角色，为整个分布

式网络提供节点间的共识基础。包括节点对端连接的动态管理、ETH/LES/LES2协议

的支持、各类数据包的下载和同步；

8.架构的最底层功能为上层模块提供了基础P2P网络的通讯、secp251和sha3等加解

密算法、高效的LevelDB键值对存储数据库、合约语言基础及大数字的基本运算。

三、源码目录结构

四、 基本概念

在以太坊的YellowPaper 中，把整个以太坊看成是一个基于交易的状态机。从创世状态开始，在一批交易执行后便进入到下一个新的状态，直到当前的终态。

1. 交易

当一个账户向另一个账户发送一笔被签名的消息数据包时，就产生了一笔交易。账户可以是普通账户，也可以是合约账户。交易执行时需要花费手续费。

交易Transaction 定义在 core/types/transaction.go 中：

Transaction 的主体定义在txdata 中，其它成员都只是交易常用信息的缓存： hash: 交易RLP 编码后的哈希值；

创世态 状态1 交易

状态N

…….

. 交易 交易 Block 0

Header TXs Block 1 Header TXs Block N Header TXs

…… BlockChain

size: 交易RLP编码后的大小；

from: 交易的发送地址，它并不存储在交易体里，而是由txdata中的V,R,S值推导出来；

交易的主要信息包含在txdata中，包括如下字段：

AccountNonce: 代表发送账户发出的第几笔交易；

Price: 交易发送者愿意支付的一单位gas费用的价格；

GasLimit: 交易执行所花费最大的gas值。如果超过该值则交易失败；

Receipient: 交易的接收地址；

Amount: 从发送地址向接收地址转移的以太币数量；

Payload: 可选，在创建合约时表示合约代码，或者调用合约时调用参数；

V|R|S: secp256k1签名数据；

Hash: 同Transaction.hash，在转换为Json格式时用到；

2.区块

一个区块包含了一系列的交易，矿工节点收集本地发起的及网络中其它节点广播的新交易，验证交易的有效性，然后将它们打包到一个原始区块中，最后通过挖矿得到一个数学机制的“工作量证明”写到该区块，从而得到一个新的合法区块，广播到网络中，在其它矿工验证区块有效后添加到主链上。

区块的定义在core/types/block.go 中：

header: Block的核心，由后面给出其定义；

uncles: 叔块，以太坊对孤块（发现晚但是合法的新块）的处理和比特币的抛弃式处理不同，因为以太坊十几秒的出块间隔会导致大量的孤块，因此以太坊鼓励矿工引用孤块成为叔块并支付报酬，减少昂贵成本的浪费，使得主链更重提升安全性，也缓解矿池中心化问题；

transactions: 区块打包的一批交易；

td: Total Difficulty，总难度值，主链是td值最大的链；

ReceivedAt: 记录块的接收时间；

ReceivedFrom: 记录块的发送peer；

Header的定义也在core/types/block.go中：