《Nodejs开发加密货币》之二十三：区块链
前言
亿书，是一款加密货币产品，用时髦的话说，更是一款实用的区块链产品。那么，区块链是什么？有那些特点？最近，以太坊硬分叉事件给了我们很多启示，能不能彻底杜绝区块链分叉行为？这一章，我们通过认真阅读和理解亿书相关的代码逻辑，来详细解释和说明这些问题，以便更加深入的了解和学习这项技术。
源码
blocks.js https://github.com/Ebookcoin/ebookcoin/blob/v0.1.3/modules/blocks.js
block.js https://github.com/Ebookcoin/ebookcoin/blob/logic/block.js
loader.js https://github.com/Ebookcoin/ebookcoin/blob/v0.1.3/modules/loader.js
类图
流程图
解读
1.区块链是什么？
（1）基本概念
什么是区块链技术？为了感性认识这个问题，我们可以使用谷歌地球的例子做类比，ajax不是什么新技术，但组合在一起就成就了产品谷歌地球，与之类似，区块链也不是什么新技术，但与加密解密技术、P2P网络等组合在一起，就像ajax一样诞生了比特币。技术人员，特别是Web开发工程师，学习了解ajax技术最早是被谷歌地球酷炫的效果所吸引。而现在，历史再一次重演，很多人被比特币的疯狂发展所吸引，进而开始研究其背后的技术区块链。
使用学术点的文字来描述，区块链其实就是一种专用的数据存储技术，它使用特有的数据结构和数据形式来存储大量交易信息，每条记录从后向前有序链接起来，具备公开透明、无法篡改、方便追溯的特点。这里的交易不仅仅是一次购买支付行为，包括各类有价值、有所属的数字资产，所以更简单的说法是，区块链是去中心化的公共账本。区块链可以存储成文件形式，不过多数产品存储在一个数据库中，比如比特币使用Google的LevelDB数据库存储。
与加密货币相比，区块链这个名字抛开了代币的概念，更加形象化、技术化、去政治化，更适合作为一门技术去研究、去推广。
（2）从数据库设计角度理解区块链
用数据库的概念理解，区块链就是一张“自引用”的数据库表。每条记录代表一个区块，这条记录（区块）记录着它前面（时间上）一条记录的信息，可以直接查询到前一条记录，因此从任何一条记录开始都可以往前顺序追溯，直到第一条记录。普通自引用表结构，通常使用ID作为关联外键，加密货币使用的是经过加密处理的信息字段，具有签名认证作用，可实现自我验证，防止被篡改。
与区块链直接关联的另一张重要的表，就是交易表。加密货币包含大量的交易，我们之前分析过，交易可以是加密货币，也可以是债权、股权或版权等各类数字资产，这些交易保存在一张独立表里，并与区块链形成多对一的关联方式。如此以来，只要追溯到区块，就很容易查询到该区块包含的交易记录。这样，一个公开透明、无法篡改、方便追溯的账本就形成了。
上面是从数据库查询（读数据）的角度考虑的，如果从写入的角度思考，就更有意思了。写入是要根据需求不同进行不同的编码，我们前面的章节说过，加密货币的各种功能都可以通过扩展交易类型进行编码，如果把一些现实中的合同规则进行编码，要求系统在某个条件下自动执行（写入或更新）某交易，自然也是件简单轻松的事情，这就是“智能合约”的简单理解。
我们在第一部分提到过“智能合约”的概念，在这里再次提及，作为程序员能够更加直观的去理解编码上的可行性。“智能合约”也是目前加密货币社区讨论火热的概念，可以发挥你想象的翅膀，从加密货币扩展到现实世界的各种场景，比如：自动贩卖机、销售终端、大公司间的电子数据交换、银行间用于转移与清算的支付网络，以及音乐、电影和电子书等数字版权交易等。
（3）形象化理解区块链
人们通常把具有先后顺序的数据结构，使用栈来表示，比特币白皮书把这种结构进一步形象化，第一个区块作为栈底，然后其他区块按照时间顺序依次堆叠在上面，这样一来，区块与首区块之间的距离就表示“高度”，“顶端”就表示最新添加的区块。每个区块包含大量交易，就是包含在对应栈里的数据。我们可以把这样的结构想象成一个大大的橱柜，区块就是其中一个抽屉，每个抽屉里是满满的交易，就象下面这样：
（4）区块链分叉
物理分叉。每一个区块都与它的前一区块（父区块）关联，而对它后面的区块（子区块）无限制，也就是说最顶端的区块，肯定知道它的父区块（已经写入区块链），但不知道子区块（或许还没有产生，也可能在传输的过程中）。我们知道，从物理层面，数据库、硬盘、网络的IO操作是最耗费时间的，在某一个时刻，多个最新区块同时找到父区块是很常见的现象，这就必然导致区块链分叉（从主链向多个方向发展）。这是在同一个软件版本（及其兼容版本）的情况下发生的，没有人为干预，不妨叫做物理分叉。
显然，物理分叉取决于物理环境，这与什么样的共识机制没有直接关系，不论是采取工作量证明机制（PoW)的比特币、还是采取股权证明机制（PoS）的点点币，亦或是这里采取授权股权证明机制（DPoS）的亿书币，都是如此。为了保持区块链的单一链条，解决分叉的最简单方式就是放任每个分叉继续增长，通常在下一刻就会出现差别，这时候软件选择最长的那个链条作为主链即可。在具体的设计开发过程中，这也是一个逻辑相对复杂的难点。
人为分叉。那么，如果存在人的干预，会怎么样呢？我们知道，世界上没有绝对完美的东西，人类开发设计的软件也不例外，漏洞是常有的，看看微软的windows系统时不时跳出来的漏洞修复提醒，就知道这类事情多么常见。而且，人类的需求始终在变化，软件要不断推出新功能来应对。所以，软件出现漏洞，或者添加新的功能，这类情况是再正常不过的事情。这时候，旧版本的软件对新版本软件产生的区块可能出现兼容性问题，甚至需要人为改变区块链的走向，这就导致新旧版本之间出现分叉，不妨叫做人为分叉。
很显然，人为分叉也是无法避免的事情。你可能认为很简单，有漏洞就修复吧，有新功能加上就得了，有什么好解释的。事实上，加密货币核心是交易，是价值转移的手段，规则的改变直接关系到所有持币人的利益。我们在第一部分说过，人是趋利的，要追求利益最大化，新功能能否保护用户的利益，还是代表了少部分利益集团的意志，应该如何约束和决策，这已经不单单是一个技术问题，更多的是社区政治问题，需要社区共同参与。历史证明，承载了较大资金盘的加密货币，在某一次分叉过程中，个别用户或矿工没有及时更新软件，就造成了直接经济损失。所以，每一个持币用户都非常关心任何一次分叉行为，都有可能站出来表达自己的意愿，甚至选择留在旧链上。
硬分叉和软分叉。它们都属于人为分叉，孰优孰劣也是当前社区分歧比较严重的问题。最初，社区区分这两个概念的简单方法就是，“硬分叉”是与旧版本的兼容度不高，但是获得了社区共识的规则明确的分叉行为，“软分叉”恰恰相反。发展到今天，只要是明确的“分叉”行为，大家都会寻求社区共识，所以二者的区别主要集中在软件兼容问题上了。这里的社区共识，是指包括软件开发者、矿工和使用者在内的整个软件社区，采取投票等方式，获得最大程度的一致性意见，通常是90%以上的社区成员同意就认为是达成了社区共识。比如最近以太坊为了应对The Dao遭受黑客攻击而实施的紧急硬分叉，就获得了社区87%的同意（接近90%，这里不讨论这次分叉行为的好坏）。
从技术角度讲，这里所谓的“硬”，主要体现在与旧版本的不兼容（或少量兼容）上，属于抛弃旧版本的行为，如果用户不升级软件，就永远留在旧链上，感觉上更加强硬得多。“软分叉”，最大程度的保持了对以前版本的兼容性，做得好的话，多个版本可以同时运行，类似于正常的版本迭代升级，用户可以自由选择是否升级。有人说“硬分叉”是很糟糕的事情，另一些人认为“软分叉”风险更大。事实证明，只要准备充分，操作得当，无论是“硬分叉”，还是“软分叉”，都不可怕，只不过“软分叉”在编码中需要考虑的情况更加复杂，对用户的影响较为隐蔽。
我个人不喜欢谈政治，但是作为交易媒介的新兴产物——加密货币，天生就是政治的附属品。这些货币的持续发展，往往是不同利益团体（包括开发者、矿工和用户）之间不断博弈的结果。最初是开发者主导，某个时期矿工的力量更加强大，后期用户的力量就不容忽视。也正是这些力量之间的制衡，才让加密货币相对持续稳健的发展，当这三种力量达到均衡的时候，就是这个加密货币相对成熟的时候。最近，以太坊硬分叉处理Dao遭受的黑客攻击事件，搅动了整个加密货币社区，不同利益者发出不同的声音，这是好事，充分说明加密货币仍处在初级阶段，还有很长的路要走。
2.区块链的特点
我们可以按照堆栈的方式理解数据结构，并采用自引用的关联方式设计数据库模型，但是做到这些，我个人认为并不代表就是区块链了，它还必须使用加解密技术，被置于去中心化的网络，由P2P网络节点共同维护，才能称得上区块链。当然，也有人持不同观点，他们认为一个中心化的应用，如果使用类似的数据结构，会更加安全（比不使用该结构的中心化系统），同时可以避免分叉，性能或许更高（比去中心化的系统），但事实上没有了P2P网络的支撑，这点改进算不上什么。我们之前分析过，P2P网络本身就是一条非常好的安全屏障，单点被攻击或被破解，对整个网络系统没有太大伤害，而任何中心化的系统仅仅相当于单节点，安全性大大降低。所以，为了那些许的性能改进，却要牺牲更好的安全性，有点得不偿失。
汇总以上信息，区块链应该具备这样几个特点：
- 分布存储：区块链处于P2P网络之中，无论什么公链、私链，还是联盟链，都要采取分布式存储，使用一种机制保证区块链的同步和统一;
- 公开透明：每个节点都有一个区块链副本，区块链本身没有加密，数据可以任意检索和查询，甚至可以修改（改了也没用）;
- 无法篡改：这是加密技术的巧妙应用，每一区块都会记录前一区块的信息，并实现验证，确保无法篡改。这里的无法篡改不是不能改，而是局部修改的数据，无法通过验证，要想通过验证，必须修改整个区块链，这在理论上可行，操作上不可行;
- 方便追溯：区块链是公开的，从任一区块都可以向前追溯，直到第一个区块，并通过区块查到与之关联的全部交易；
- 存在分叉：这是由P2P网络等物理环境，以及软件开发实践过程决定的，人们无法根本性杜绝。
也正是因为这样的特点，区块链的概念才逐渐火爆起来。实践证明，区块链技术能实现一切中心化应用的场景，可以解决（或更好的解决）很多中心化应用无法解决的问题，比如分布式财务管理、分布式存储、知识产权保护、电子商务，乃至物联网，特别是对于金融业而言，资金清算、审计等等，成本会大幅度降低。亿书，就是利用它公开透明、可追溯的特点，与数字出版结合起来，实现自媒体和版权保护，彻底解决当前数字出版版权保护不力的顽疾。
3.区块链开发应该解决的问题
明白区块链是什么和基本原理之后，就可以着手设计其基本功能了。从需求的角度说，设计中需要做到如下几点：
（1）加载区块链。确保本地区块链合法，未被篡改。
- 保存创世区块
- 加载本地区块
- 验证本地区块
（2）处理新区块。加载后，该节点就可以处理网络中的交易了。
- 创建新区块；
- 收集整理交易，写入（关联）区块；
- 把新产生的区块写入区块链；
- 处理区块链分叉。
（3）同步区块链。确保本地区块链与网络中完整的区块链同步。
下面，我们从数据库设计出发，分别研读相关代码，认真讨论亿书区款链是如何运作的。
4.亿书区块链数据库设计
亿书使用SQLite数据库，与区块链相关的数据库结构如图：
blocks表是区块链，trs表是各种交易，forks_stat表代表分叉状态。从关联关系上看，blocks首先是一个自引用表，使用previousBlock关联；与trs是一对多的关系，一条记录关联多条交易；与forks_stat也是一对多的关系，意思是有分叉。
5.亿书区块链实现
这里按照上面提到的开发区块链要解决的问题，逐一对照，查看亿书技术实现。
（1）保存创世区块
创世区块是硬编码到客户端程序里的，会在客户端运行的时候，直接写入数据库。这样做的好处是保证每个客户端都有一个安全、可信的区块链的根。
// modules/blocks.js
// 78行
function Blocks(cb, scope) {
library = scope;
// 80行
genesisblock = library.genesisblock;
self = this;
self.__private = private;
private.attachApi();
// 85行
private.saveGenesisBlock(function (err) {
setImmediate(cb, err, self);
});
}这是modules/blocks.js模块的构造函数，在入口程序app.js运行的时候，直接创建该模块的实例，85行的代码private.saveGenesisBlock方法直接运行。如果已经运行过，该方法就会返回，什么都不做。如果第一次运行，该方法就会直接保存创世区块（80行的genesisblock），接着调用266行的private.saveBlock()方法（不再粘贴），把创世区块记录（包括交易）保存到数据库。
这是一个非常典型的区块创建过程，我们可以借机会看看一个区块（创世）的数据是什么样的：
// genesisBlock.json 文件
{
"version": 0,
// 3行
"totalAmount": 10000000000000000,
"totalFee": 0,
"reward": 0,
"payloadHash": "1cedb278bd64b910c2d4b91339bc3747960b9e0acf4a7cda8ec217c558f429ad",
"timestamp": 0,
"numberOfTransactions": 103,
"payloadLength": 20326,
"previousBlock": null,
"generatorPublicKey": "b7b46c08c24d0f91df5387f84b068ec67b8bfff8f7f4762631894fce4aff6c75",
// 1757行
"height": 1,
"blockSignature": "2985d896becdb91c283cc2366c4a387a257b7d4751f995a81eae3aa705bc24fdb950c3afbed833e7d37a0a18074da461d68d74a3a223bc5f8e9c1fed2f3fec0e",
"id": "8593810399212843182"，
// 12行。为了方便阅读，这里把关联的交易信息排版在最后位置
"transactions": [
{
"type": 0,
// 15行
"amount": 10000000000000000,
"fee": 0,
"timestamp": 0,
"recipientId": "6722322622037743544L",
"senderId": "5231662701023218905L",
"senderPublicKey": "b7b46c08c24d0f91df5387f84b068ec67b8bfff8f7f4762631894fce4aff6c75",
"signature": "aa413208c32d00b89895049ff21797048fa41c1b2ffc866900ffd97570f8d87e852c87074ed77c6b914f47449ba3f9d6dca99874d9f235ee4c1c83d1d81b6e07",
"id": "5534571359943011068"
},
{
"type": 2,
...
},
...
{
"type": 3,
...
}
...
]
}这些字段，我们在上面的数据库表里已经列出，下面看看几个关键数据：
3行：在创世区块设定初始代币总量，这里是1亿;
1757行：创世区块高度为1;
12行：区块必须包含交易，这里是3种类型的交易，之前分析过，它们分别是转账交易、受托人交易和投票交易。第1个转账交易，把初始区块的代币全部转到了另一个账户，这在实际的生产环境，特别是在ICO（预售）之后，可以直接转给参与众筹的实际用户。所以，创世区块有其非常实际的意义。其它两种交易，是支撑亿书共识机制的。
（2）加载本地区块
任何节点，都需要先加载验证本地区块链，确保没有被篡改。这个加载过程是软件初始化过程中的一部分，开发中不需要与网络节点联网等其他问题纠缠在一起。因此，代码需要被放在入口文件中去执行。我们在《入口程序app.js解读》一章里解读了app.js文件，但并不详细，仅仅梳理了程序的大致流程。这里重新提及，专注于区块链加载验证的问题，这在具体开发过程中，是很正常的增量开发的思路。
// app.js文件
...
ready: ['modules', 'bus', function (cb, scope) {
// 435行
scope.bus.message("bind", scope.modules);
cb();
}]app.js文件 435行: 触发了“bind”事件（这是自定义的事件处理机制，请参考开发实践中关于事件循环的部分章节），会执行所有模块里的“onBind()”方法。该方法运行之前，各个模块仅仅被实例化，处于待命状态，所以“bind”事件是激活各模块的重要事件，是继各模块构造函数运行之后的关键方法（具体流程，请参考本部分第一章，模块的加载流程图）。大部分模块里的“onBind()”方法仅仅用来初始化某个变量，唯独loader.js模块，执行了下面的代码：
// modules/loader.js文件
Loader.prototype.onBind = function (scope) {
modules = scope;
// 534行
private.loadBlockChain();
};modules/loader.js文件 534行： private.loadBlockChain() 方法就是用来加载区块链的，内容如下：
// modules/loader.js文件
private.loadBlockChain = function () {
var offset = 0, limit = library.config.loading.loadPerIteration;
var verify = library.config.loading.verifyOnLoading;
// 357行，闭包
function load(count) {
verify = true;
private.total = count;
library.logic.account.removeTables(function (err) {
if (err) {
throw err;
} else {
library.logic.account.createTables(function (err) {
if (err) {
throw err;
} else {
// 369行
async.until(
function () {
return count < offset;
}, function (cb) {
library.logger.info('Current ' + offset);
setImmediate(function () {
modules.blocks.loadBlocksOffset(limit, offset, verify, function (err, lastBlockOffset) {
if (err) {
return cb(err);
}
// 380行
offset = offset + limit;
private.loadingLastBlock = lastBlockOffset;
cb();
});
});
}, function (err) {
...
// 398行
library.logger.info('Blockchain ready');
library.bus.message('blockchainReady');
}
}
...
}
// 408行
library.logic.account.createTables(function (err) {
if (err) {
throw err;
} else {
library.dbLite.query("select count(*) from mem_accounts where blockId = (select id from blocks where numberOfTransactions > 0 order by height desc limit 1)", {'count': Number}, function (err, rows) {
...
var reject = !(rows[0].count);
modules.blocks.count(function (err, count) {
...
if (reject || verify || count == 1) {
// 428行
load(count);
} else {
// 其他情况，请查看源码
...
};408行：将调用logic/account.js文件的createTables()方法，创建与用户相关的帐号信息表，全部以“mem_”开头，主要包括“mem_accounts”，“mem_accounts2contacts”，“mem_accounts2u_contacts”，“mem_accounts2delegates”，“mem_accounts2u_delegates”，“mem_accounts2multisignatures”，“mem_accounts2u_multisignatures”，“mem_round”等7个表。这些信息与用户相关，不需要被其他节点同步。
如果是新客户端，数据库为初始创建，创世区块第一次写入，count == 1，会立刻调用闭包load()函数（428行），加载验证缺失的区块。我们先不考虑其他情况，直接看357行的load()函数，可以发现该函数先删除帐号表格（removeTables），然后重建（createTables），并通过“async.until”方法（369行）进行循环加载区块链数据，具体方法是 modules/blocks.js的loadBlocksOffset()。当 count < offset 返回 “true” 的时候，循环结束，区块链数据同步完毕，然后触发 “blockchainReady” 事件（398行）。
这里的 “Offset” 不是分页数据，而是一次加载的区块数量，这样做的好处是避免一次性加载全部区块链，导致数据请求量过大，影响计算机性能。这个值最大是 limit 的值（380行），limit 等于 “config.json” 文件设定的全局变量 loading.loadPerIteration。用户可以修改该配置文件，在启动软件时通过命令行参数“-c”选择自己的配置文件，从而实现定制。如下：
// config.json文件
// 132行
"loading": {
"verifyOnLoading": false,
"loadPerIteration": 5000
}（3）验证本地区块
上面说到 modules/blocks.js 的 loadBlocksOffset() 方法才是处理加载的具体方法，也是验证的方法所在。
// modules/blocks.js文件
Blocks.prototype.loadBlocksOffset = function (limit, offset, verify, cb) {
...
library.dbSequence.add(function (cb) {
library.dbLite.query("SELECT " +
...
async.eachSeries(blocks, function (block, cb) {
async.series([
function (cb) {
if (block.id != genesisblock.block.id) {
if (verify) {
// 627行 追溯区块
if (block.previousBlock != private.lastBlock.id) {
return cb({
message: "Can't verify previous block",
block: block
});
}
try {
// 635行 验证块签名
var valid = library.logic.block.verifySignature(block);
}
...
if (!valid) {
return cb({
message: "Can't verify signature",
block: block
});
}
// 650行 验证块时段（Slot）
modules.delegates.validateBlockSlot(block, function (err) {
...
}, function (cb) {
// 先给交易排序，让投票或签名交易排在前面
...
async.eachSeries(block.transactions, function (transaction, cb) {
if (verify) {
modules.accounts.setAccountAndGet({publicKey: transaction.senderPublicKey}, function (err, sender) {
...
if (verify && block.id != genesisblock.block.id) {
// 690行 验证交易
library.logic.transaction.verify(transaction, sender, function (err) {
...
});
} else {
setImmediate(cb);
}
}, function (err) {
if (err) {
// 如果出现错误，要回滚
async.eachSeries(transactions.reverse(), function (transaction, cb) {
async.series([
function (cb) {
modules.accounts.getAccount({publicKey: transaction.senderPublicKey}, function (err, sender) {
...
modules.transactions.undo(transaction, block, sender, cb);
});
}, function (cb) {
modules.transactions.undoUnconfirmed(transaction, cb);
}
...
};逐个加载区块，并验证：
627行：追溯前一区块，无法追溯自然是不正确的。
635行：验证块签名，防止块内容被篡改。建议认真阅读该行调用的签名验证方法“verifySignature()”（在“logic/block.js”文件的150行，请去源码库查看），这应该是对二进制数据（这里是区块数据）进行签名验证的典型用法。验证失败，就要终止整个循环，删除该块及其以后的块。
650行：验证块时段（Slot），防止块位置被篡改。实际上是变相验证了区块的高度及其时间戳（相关技术请看开发实践部分《关于时间戳及相关问题》的讨论）。亿书网络按照一定的周期循环（具体请参看《DPOS机制》），每一个块都可以根据其高度计算出它的出块时段，这与它的时间戳是对应的，这就锁定了区块位置，不然就是有问题。为什么要选择验证块时段，而不是简单直接的高度或时间戳？这是因为区块链有分叉的情况，相同高度存在多个块和时间戳，但相同的块时段却只能是一个。
690行：验证交易。具体流程请参考《交易》一章的相关内容。
（4）创建新区块
上面从设计的角度，正向提供了一种实现的思路。这里，我们反向阅读代码，不再思考为什么，仅仅查看是什么，体会一下读代码是多么简单的事情。注意的是，流程图需要反响查看。按照模块设计的基本原则，处理区块链的代码，都应该集中在“modules/blocks.js”文件里，所以，我们很容易就能找到创建新区块的代码“generateBlock()”方法，如下：
// modules/blocks.js文件
// 1126行
Blocks.prototype.generateBlock = function (keypair, timestamp, cb) {
// 1127行 获取未确认交易，并再次验证，放入一个数组变量里备用
var transactions = modules.transactions.getUnconfirmedTransactionList();
var ready = [];
async.eachSeries(transactions, function (transaction, cb) {
...
ready.push(transaction);
...
}, function () {
try {
// 1147行
var block = library.logic.block.create({
keypair: keypair,
timestamp: timestamp,
previousBlock: private.lastBlock,
transactions: ready
});
} catch (e) {
return setImmediate(cb, e);
}
// 1157行
self.processBlock(block, true, cb);
});
};该方法很简单，1127行：获取未确认交易，并再次验证，放入一个数组变量“ready”里备用。从这里的处理方法可知道，与亿书区块关联的交易并没有实现比特币那样复杂的处理方法。比特币区块链中的所有交易，以二叉树（Merkle）表示，对于存储、维护、查询、验证交易都有很多便利。亿书目前的代码没有这样的优势，将在以后的版本中优化添加。
1147行：把整理好的数据组合成块数据结构（具体形式，类似于前面的创世区块），这里因为是新建数据，重要的是keypair、timestamp、previousBlock、transactions等四个字段信息。其他字段，诸如：totalFee、reward、payloadHash等，会在“processBlock()”（1157行）执行时处理。
这里的keypair、timestamp字段是该方法的参数，需要在调用的地方传入。我们查询代码发现，仅在“modules/delegates.js”文件里调用了该方法，其方法是“loop”，很显然该方法就是产生区块的入口方法，如下：
// modules/delegates.js
// 492行
private.loop = function (cb) {
...
var currentSlot = slots.getSlotNumber();
var lastBlock = modules.blocks.getLastBlock();
...
// 511行
private.getBlockSlotData(currentSlot, lastBlock.height + 1, function (err, currentBlockData) {
...
library.sequence.add(function (cb) {
if (slots.getSlotNumber(currentBlockData.time) == slots.getSlotNumber()) {
// 519行
modules.blocks.generateBlock(currentBlockData.keypair, currentBlockData.time, function (err) {
...
});
...
};去掉一些必要的判断，其实真正调用的时候，还是非常简单的。看上面“loop”方法，真正与“modules/delegates.js”模块关联的调用，是“private.getBlockSlotData()”方法（470行），该方法从名字上理解就是获得块时段数据，为区块提供了密钥对和时间戳。由于是私有方法，可以猜想该方法一定与受托人有关系，让我们了解一下：
// modules/delegates.js
// 470行
private.getBlockSlotData = function (slot, height, cb) {
self.generateDelegateList(height, function (err, activeDelegates) {
...
for (; currentSlot < lastSlot; currentSlot += 1) {
var delegate_pos = currentSlot % constants.delegates;
var delegate_id = activeDelegates[delegate_pos];
if (delegate_id && private.keypairs[delegate_id]) {
return cb(null, {time: slots.getSlotTime(currentSlot), keypair: private.keypairs[delegate_id]});
}
}
cb(null, null);
});
};从代码可以看出，该方法先获得可以生产区块的受托人列表，然后根据当前时段信息找到激活的受托人标识，继而找到对应的密钥对，所以这个密钥对是与特定时段的特定受托人相关的。
接下来，要运行“private.loop()”方法才可以实现新建区块的操作，所以继续搜索代码，我们很轻松找到：
// modules/delegates.js
// 735行
Delegates.prototype.onBlockchainReady = function () {
private.loaded = true;
private.loadMyDelegates(function nextLoop(err) {
// 743行
private.loop(function () {
setTimeout(nextLoop, 1000);
});
...这是 “onBlockchainReady” 事件方法，上面分析了，当本地区块链加载完毕，就会调用该方法，也就是说，当区块链加载验证完毕，就可以创建新区块了。这里设定每秒钟（744行1000毫秒）调用一次“private.loop()”方法，但是因为slot的限制，实际运行起来是每10秒产生一个块。
我们在上面的分析中知道，在同步缺失区块操作之前，还有一个更新节点信息的过程，这么一来，本地区块链加载完毕，创建新区块要比同步缺失的区块要早。这可以最大程度上保证节点创建区块的奖励，并让节点最大程度的服务亿书网络，当然，也增加了同步区块操作的难度。
（5）产生区块链分叉
具体到编码，区块链什么时候产生分叉？显然应该在新区块写入区块链的时候，也就是modules/blocks.js文件的1157行“processBlock()”执行的时候。检索该方法的调用，发现在1174行“onReceiveBlock()”方法里，以及1084行“loadBlocksFromPeer()”方法里，都调用了该方法，只有在“loadBlocksFromPeer()”方法里，“processBlock()”方法不执行广播操作。
该方法很长，但并不复杂，下面仅仅粘贴与分叉相关的源码，如下：
// modules/blocks.js文件
// 800行
Blocks.prototype.processBlock = function (block, broadcast, cb) {
...
if (block.previousBlock != private.lastBlock.id) {
// 859行 高度相同，父块不同
modules.delegates.fork(block, 1);
return done("Can't verify previous block: " + block.id);
}
//
if (err) {
// 877行 受托人时段不同
modules.delegates.fork(block, 3);
return done("Can't verify slot: " + block.id);
}
if (tId) {
// 910行 交易已经存在
modules.delegates.fork(block, 2);
setImmediate(cb, "Transaction already exists: " + transaction.id);
}
};上面列出了3种，还有一种：
// modules/blocks.js文件
// 1166行
Blocks.prototype.onReceiveBlock = function (block) {
...
if (block.previousBlock == private.lastBlock.previousBlock && block.height == private.lastBlock.height && block.id != private.lastBlock.id) {
// 1181行 高度和父块相同，但块ID不同
modules.delegates.fork(block, 4);
cb("Fork");
}
...事实上，这里写入分叉的代码“modules.delegates.fork()”方法，很简单，仅仅是向“forks_stat”表插入对应数据而已。我们需要重点关注的是，上面罗列了4种分叉，它们的具体分叉的原因是：
- 859行：块高度相同，父块不同。可能是父块验证出现问题；
- 910行：交易已经存在。可能用户重复提交了交易，典型的就是“双花”问题；
- 877行：受托人时段不同。出现时段验证错误，而块时段是与时间戳相关的，所以可能是时间处理出现了问题；
- 1166行：高度和父块都相同，但块ID不同。这是接收来的块，高度比最新块大于1，父块是最新块时才会正常写入区块链，不然只能写入分叉。块的ID信息是对块进行sha256加密算法得出的结果，可能获得的是不同分支上的块。
（6）同步区块链，并解决分叉
我们上面说了，当加载验证本地区块结束，程序触发了“blockchainReady”事件（modules/loader.js 398行），于是各个模块里对应的“onBlockchainReady()”方法被执行。如果，查看每个模块对应的“onBlockchainReady()”方法，我们就能很轻松地了解，接下来程序在做什么。
这里，我们要考察如何从其他节点同步区块链，自然要看看节点模块里对应的方法。我们在《一个精巧的P2P网络实现》一章，已经贴出了“onBlockchainReady()”方法的代码，这里不再重复。请看对应源码的364行，该行在更新了节点之后，调用了“library.bus.message(‘peerReady’)”方法，触发了另一个“peerReady”事件。这才是我们最想要的，再次回到modules/loader.js文件，该文件也定义了“peerReady”事件，如下：
// modules/loader.js
// 492行
Loader.prototype.onPeerReady = function () {
setImmediate(function nextLoadBlock() {
...
// 499行
private.loadBlocks(lastBlock, cb);
...
});
setImmediate(function nextLoadUnconfirmedTransactions() {
...
// 514行
private.loadUnconfirmedTransactions(function (err) {
...
});
setImmediate(function nextLoadSignatures() {
...
// 523行
private.loadSignatures(function (err) {
...
});
};该事件方法，通过“private.loadBlocks()”等三个方法分别同步区块（499行）、未确认交易和签名。限于篇幅，我们仅分析“private.loadBlocks()”方法，其他两个逻辑，请自行查阅源码。
// modules/loader.js
// 225行
private.loadBlocks = function (lastBlock, cb) {
// 226行
modules.transport.getFromRandomPeer({
api: '/height',
method: 'GET'
}, function (err, data) {
var peerStr = data && data.peer ? ip.fromLong(data.peer.ip) + ":" + data.peer.port : 'unknown';
...
if (bignum(modules.blocks.getLastBlock().height).lt(data.body.height)) {
...
if (lastBlock.id != private.genesisBlock.block.id) {
// 259行
private.findUpdate(lastBlock, data.peer, cb);
} else { // Have to load full db
// 261行
private.loadFullDb(data.peer, cb);
}
...
});
};226行的“transport.getFromRandomPeer()”方法，已经在《一个精巧的P2P网络实现》一章分析过，这里不再赘述。该方法通过随机选择节点，并调用这里提供的api获得远程节点的“height”数据，在确保本地区块链高度小于远程节点区块链高度的前提下，如果本地是创世区块就把远程节点整个数据库同步过来，调用“private.loadFullDb()”方法，不然就调用“private.findUpdate()”方法更新缺失的区块。前者很简单，属于后者的特殊情况，仅仅分析后者即可，代码如下：
// modules/loader.js
// 75行
private.findUpdate = function (lastBlock, peer, cb) {
...
// 80行 获得正常块
modules.blocks.getCommonBlock(peer, lastBlock.height, function (err, commonBlock) {
...
var toRemove = lastBlock.height - commonBlock.height;
if (toRemove > 1010) {
// 89行 该节点的分支太长，限制从该节点同步数据（1小时）
library.logger.log("long fork, ban 60 min", peerStr);
modules.peer.state(peer.ip, peer.port, 0, 3600);
return cb();
}
// 暂存未确认的交易
var overTransactionList = [];
modules.transactions.undoUnconfirmedList(function (err, unconfirmedList) {
...
async.series([
function (cb) {
if (commonBlock.id != lastBlock.id) {
// 还能反向循环
modules.round.directionSwap('backward', lastBlock, cb);
} else {
cb();
}
},
function (cb) {
// 这里处理侧链
library.bus.message('deleteBlocksBefore', commonBlock);
// 117行 删除正常块之前的块
modules.blocks.deleteBlocksBefore(commonBlock, cb);
},
...
function (cb) {
// 129行
modules.blocks.loadBlocksFromPeer(peer, commonBlock.id, function (err, lastValidBlock) {
...这个方法相对比较复杂，80行，为什么是获得正常块（或标准块）？因为上面有4种分叉的块，都被保存在一个数据库表“blocks”里，需要通过查询把分叉的块（不正常的）过滤掉。89行，最新块与正常块之间高度差太大，说明该节点的分支太长，暂时限制从该节点同步数据，可以提高效率，也能减少出错几率。117行，把分叉的块删除掉，就解决了分叉问题。129行，这里就跟创世块处理方法相似了。
这里需要理解的是，真实的数据库存储的数据，绝对不是像前面描述的那样，是一个个标准的抽屉罗列在一起。很多情况下，正常的区块和分叉的区块都被按照时间顺序存储，是杂乱无章的，展示给用户的是经过代码过滤之后的数据。而我们定义的区块链，是经过编码实现的理想结果，这应该不难理解。
总结
本文从技术角度，描述了区块链的相关概念，并结合源码，解读了亿书区块链相关实现，这对于直观了解和学习区块链是有帮助的。特别是社区里，有些币圈网友认为压根就不应该有区块链分叉，本文的回答可能会让他们失望了。在现实世界，理想永远是遥不可及的事情，只有更好，没有最好。因此，包括区块链技术在内，只要是介入人类经济生态的应用，永远都不是单纯的技术性问题，它的更深层次的问题在于社区，以及基于人类经济生态的政治文化。
这部分相对复杂，对于区块链分叉的处理，以及与区块关联的交易，还需要更多的优化，我们会在后续的版本中升级改造。聪明的小伙伴一定看出来了，对于创建新区块、分叉等都是受托人模块（modules/blocks.js)的核心功能，受托人是DPOS机制的内容，所以要想更深层次的把握本章知识，还应该再深入一步，切实掌握亿书的共识机制。因此，请看下一篇：《DPOS机制》。
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参考
从数据库发展规律看区块链技术
区块链
关于比特币硬分叉和软分叉的争议
以太坊软分叉失败，硬分叉成功