图说比特币 Part 1

1.1引言

这个系列使用golang从零开始写一个比特币轻量化节点。最终达到和实际的比特币网络进行交易和SPV(Simplified Payment Verification)。

注意：大部分代码都源自BTCD，实际上也是一个BTCD源码分析文章。最终实现以下功能：

1. 连接到比特币的网络(包括 mainnet, testnet, simnet)
2. 加入到比特币网络(“version handshake”)
3. 向其他节点获取blockchain state
4. 下载blockhain heads
5. 实现SPV(Simplified Payment Verification)
6. 交易比特币

注：阅读前请确认已经对比特币的区块链结构已经有初步的了解。

1.2代码地址

图说比特币Part_1

1.3搭建测试网络

编程初期我们使用BCTD自带的测试网络。测试网络的配置如下:

# btcd.conf
[Application Options]
datadir=./btcd/data

listen=127.0.0.1:9333

simnet=1

nobanning=1
debuglevel=debug

1. listen 是测试网络的ip
2. simnet 代表模拟网络(Simulation Network)
3. nobanning 不要禁止任何节点
4. debuglevel=debug 输出日志信息

启动终端输入命令： btcd --configfile ./btcd.conf 即可启动测试网络。

1.4 节点建立连接

比特币系统中，节点通过进行初始 “握手”，建立连接。
Version：版本消息(关键内容：版本号，当前节点区块链的区块高度)
Verack：确认已收到消息

part 1 的最终效果就是与比特币网络发送和接受消息，建立连接。

1.5代码结构

1.6 时序图

1.7 通信协议

追求妹子的第一步是了解对方想要什么，比如刚认识的时候首先看看颜值，颜值不行的基本就是冷处理备胎好人卡三连了。节点间通信也是一样，一开始的时候先看看版本，版本不行的也是被拒绝的下场。

// #msgversion.go
type MsgVersion struct {
    // Version of the protocol the node is using.
    ProtocolVersion int32

    // Bitfield which identifies the enabled services.
    Services ServiceFlag

    // Time the message was generated.  This is encoded as an int64 on the wire.
    Timestamp time.Time

    // Address of the remote peer.
    AddrYou NetAddress

    // Address of the local peer.
    AddrMe NetAddress

    // Unique value associated with message that is used to detect self
    // connections.
    Nonce uint64

    // The user agent that generated messsage.  This is a encoded as a varString
    // on the wire.  This has a max length of MaxUserAgentLen.
    UserAgent string

    // Last block seen by the generator of the version message.
    LastBlock int32

    // Don't announce transactions to peer.
    DisableRelayTx bool
}

1. ProtocolVersion表示协议版本，版本号越大则代表版本越新。详见Protocol Versions

2. Services 代表节点支持的服务。暂时使用1表示全节点

3. UserAgent 类似于http协议的User-Agent ，包含节点软件的名称和版本

4. LastBlock 代表最新区块的高度

MsgVersion代表了需要发送的内容。
由于消息的底层是字节序列,所有我们需要约定好字节序列的格式。

// #message.go
type messageHeader struct {
    magic    BitcoinNet // 4 bytes
    command  string     // 12 bytes
    length   uint32     // 4 bytes
    checksum [4]byte    // 4 bytes
}

1. magic 表示网络类型，目前用SimNet表示测试网络。
2. command 表示命令名称，目前用CmdVersion表示这是获取版本的命令。
3. length 表示数据内容的长度。
4. checksum 数据内容的双重哈希。

数据内容的获取接口为下方的BtcEncode。
数据内容的最大长度的获取接口为下方的MaxPayloadLength。
命令名称的获取接口为下方的Command。

// #message.go
type Message interface {
    BtcDecode(io.Reader, uint32, MessageEncoding) error
    BtcEncode(io.Writer, uint32, MessageEncoding) error
    Command() string
    MaxPayloadLength(uint32) uint32
}

最终发送的消息字节序列格式：

BYTES(Msg.magic) + BYTES(Msg.Command()) + BYTES(Msg.length) + BYTES(Msg.checksum) + BYTES(Msg.BtcEncode())

1.8测试：

结果如下：

$ go run ./
INFO[0000] version70013                                 
INFO[0000] verack  

1.9总结：

关键内容是message的解构，有消息头和消息组成。

最终发送的消息字节序列格式：

BYTES(Msg.magic) + BYTES(Msg.Command()) + BYTES(Msg.length) + BYTES(Msg.checksum) + BYTES(Msg.BtcEncode())

参考资料：
BTCD
比特币消息协议
Tinybit
《比特币白皮书》
《解构区块链》

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