区块链系统探索之路：比特币核心的编译和探索

前几节我们研究了椭圆曲线，有限域等比特币和区块链所依赖的底层算法。问题在于这些算法不是独立存在，而是作为模块嵌入到整个区块链的体系之中。因此不了解区块链的体系组成或应用场景，那么我们就很难理解这些算法衍生出来的概念或者基于他们的作用，所以本节我们把区块链最原始的模态，也就是比特币核心编译和运行起来，先获得初步感性体验，然后在后面的章节中，我们能更好的明白椭圆曲线，有限域，如何组成钱包地址，为何数据在区块链系统中传输还需要各种奇奇怪怪的数据压缩等问题。

首先我们使用ubuntu系统，然后通过git clone https://github.com/bitcoin/bitcoin.git 获取比特币内核代码，注意我们需要使用v0.21.0版本，因为更早以前的版本会因为莫名其妙的原因难以编译通过，使用下面代码进行分支切换：
git checkout v0.21.0

首先我们需要安装一些编译依赖库，使用如下命令进行安装：
sudo apt install libevent-dev libboost-system-dev libboost-filesystem-dev libboost-test-dev libboost-thread-dev

sudo apt install libdb-dev libdb+±dev

sudo apt install libminiupnpc-dev

sudo apt install libzmq3-dev

sudo apt install libqt5gui5 libqt5core5a libqt5dbus5 qttools5-dev qttools5-dev-tools

sudo apt install libqrencode-dev

代码下载后我们进入目录bitcoin，由于比特币内核需要依赖伯克利db4因此我们需要预先安装，我们所下载的代码就包含了对应的安装脚步，进入下载代码的根目录bitcoin，然后执行如下命令：
$ ./contrib/install_db4.sh `pwd`
改命令把db4的依赖库就安装在当前目录。上面代码运行完成后，它会输出如下提示：

 export BDB_PREFIX='/home/ubuntu/bitcoin/db4'
 ./configure BDB_LIBS="-L${BDB_PREFIX}/lib -ldb_cxx-4.8" BDB_CFLAGS="-I${BDB_PREFIX}/include"

这是在设置环境变量，使得比特币内核在编译时知道怎么获取db4代码库所在位置，因此我们也分别执行上面两行代码对应的命令：
export BDB_PREFIX=‘/home/ubuntu/bitcoin/db4’
./configure BDB_LIBS=“-L$BD{B}_{P}REFIX/lib-ld{b}_{c}xx-4.8"BD{B}_{C}FLAGS="-I${BDB_PREFIX}/include”

然后执行本地脚步：
./autogen.sh
然后我们需要通过config.sh脚步设置编译选项，在编译中我们需要忽略掉伯克利db版本，因此执行如下命令：
./configure --with-incompatible-bdb
然后执行如下命令进行源码编译：
make -j “$(($(nproc)+1))”
上面命令意思是调用当前所有cpu内核通过并行编译的方式加快速度。成功编译后再执行如下命令将比特币内核的可执行文件进行安装，这样我们就能在系统中直接运行bitcoind命令启动比特币内核：
sudo make install

编译和安装完成后，我们可以直接通过命令行来调用比特币内核，在第一次运行时我们需要设置一个配置文件，在bitcoin的安装目录创建一个bitcoin.conf文件：
vim /home/ubuntu/.bitcoin/bitcoin.conf(注意这是我自己的路径，读者需要确定自己的安装路径)
然后设置用户名和密码，其内容类似如下：
rpcuser=you_name
rpcpassword=your_password
在配置文件中，我们可以设置比特币内核把当前服务器作为“完全节点”，也就是它会把比特币所有链上数据都下载到本地，如果你的服务器有足够的内存和带宽就可以这么做，我估计当前比特币网络的线上数据应该T以上了，由于我的服务器硬盘也就是几十个G，因此我这里必须限制比特币内核跟整个网络的数据交互上限，因此我在配置文件里面增加如下约束：
maxconnections=15
prune=5000
minrelaytxfee=0.0001
maxmempool=200
maxreceivebuffer=2500
maxsendbuffer=500

大家可以查一下这些配置的意义，这里我们不多费唇舌，完成上面配置后，我们就可以运行比特币内核了，使用如下命令启动比特币内核：
bitcoind -daemon

启动后我们就可以使用比特币客户端跟内核交互：
bitcoin-cli -getinfo
执行上面命令后，如果你看到类似如下输出，那表明比特币内核启动正常：
{
“version”: 210000,
“blocks”: 0,
“headers”: 120000,
“verificationprogress”: 1.142581983030402e-09,
“timeoffset”: 1,
“connections”: {
“in”: 0,
“out”: 3,
“total”: 3
},
“proxy”: “”,
“difficulty”: 1,
“chain”: “main”,
“relayfee”: 0.00010000,
“warnings”: “”
}

通过bitcoin-cli 执行的命令本质上是向比特币内核发送rpc请求，然后对方返回相应数据，这些命令其实也是内核对外提供的API接口，我们可以用如下命令去查询某个接口的具体用法，例如执行如下命令：
bitcoin-cli help getblockhash
那么返回的数据为：

根据提示，我们可以通过getblockhash接口或命令获得给定标号区块对应的哈希值，例如我们执行如下命令：
bitcoin-cli getblockhash 1000
在我本机上得到的结果就是：

在后面我们会看到，区块链使用了多种压缩算法对数据进行压缩编码以便于传输，这里我们可以通过比特币客户端解压一段数据感受一下，执行命令如下：

bitcoin-cli decoderawtransaction
 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

上面命令执行后所得结果如下：

{
  "txid": "0627052b6f28912f2703066a912ea577f2ce4da4caa5a5fbd8a57286c345c2f2",
  "hash": "0627052b6f28912f2703066a912ea577f2ce4da4caa5a5fbd8a57286c345c2f2",
  "version": 1,
  "size": 258,
  "vsize": 258,
  "weight": 1032,
  "locktime": 0,
  "vin": [
    {
      "txid": "7957a35fe64f80d234d76d83a2a8f1a0d8149a41d81de548f0a65a8a999f6f18",
      "vout": 0,
      "scriptSig": {
        "asm": "3045022100884d142d86652a3f47ba4746ec719bbfbd040a570b1deccbb6498c75c4ae24cb02204b9f039ff08df09cbe9f6addac960298cad530a863ea8f53982c09db8f6e3813[ALL] 0484ecc0d46f1918b30928fa0e4ed99f16a0fb4fde0735e7ade8416ab9fe423cc5412336376789d172787ec3457eee41c04f4938de5cc17b4a10fa336a8d752adf",
        "hex": "483045022100884d142d86652a3f47ba4746ec719bbfbd040a570b1deccbb6498c75c4ae24cb02204b9f039ff08df09cbe9f6addac960298cad530a863ea8f53982c09db8f6e381301410484ecc0d46f1918b30928fa0e4ed99f16a0fb4fde0735e7ade8416ab9fe423cc5412336376789d172787ec3457eee41c04f4938de5cc17b4a10fa336a8d752adf"
      },
      "sequence": 4294967295
    }
  ],
  "vout": [
    {
      "value": 0.01500000,
      "n": 0,
      "scriptPubKey": {
        "asm": "OP_DUP OP_HASH160 ab68025513c3dbd2f7b92a94e0581f5d50f654e7 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG",
        "hex": "76a914ab68025513c3dbd2f7b92a94e0581f5d50f654e788ac",
        "reqSigs": 1,
        "type": "pubkeyhash",
        "addresses": [
          "1GdK9UzpHBzqzX2A9JFP3Di4weBwqgmoQA"
        ]
      }
    },
    {
      "value": 0.08450000,
      "n": 1,
      "scriptPubKey": {
        "asm": "OP_DUP OP_HASH160 7f9b1a7fb68d60c536c2fd8aeaa53a8f3cc025a8 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG",
        "hex": "76a9147f9b1a7fb68d60c536c2fd8aeaa53a8f3cc025a888ac",
        "reqSigs": 1,
        "type": "pubkeyhash",
        "addresses": [
          "1Cdid9KFAaatwczBwBttQcwXYCpvK8h7FK"
        ]
      }
    }
  ]
}

后面我们也会详细的探讨区块链在数据传输过程中，数据的压缩算法和压缩格式。我们也能通过代码的方式跟比特币内核交互，很多编程语言都提供了相应的接口包，例如python就python-bitcoinlib能用来与比特币内核交互，我们看看相关例子，首先安装该库：

pip install python-bitcoinlib

然后创建文件python_bitcoin.py,添加内容如下：

from bitcoin.rpc import RawProxy

#连接比特币内核
p = RawProxy()

info = p.getblockchaininfo()

print(info['blocks'])

上面代码向比特币内核查询当前区块数量，在我本机运行上面代码后返回结果如下：
434100
也就是在我当前机器上，内核下载了 434100 个区块。需要注意的是，如果我们运行的比特币内核没有以“完全节点”的形式启动，那么有些接口就无法返回有效数据，例如执行如下命令获取区块编号为 277316 的哈希：
bitcoin-cli getblockhash 277316
命令执行后返回的结果为：
0000000000000001b6b9a13b095e96db41c4a928b97ef2d944a9b31b2cc7bdc4
如果我们使用getblock 命令并通过上面哈希获取区块数据的话就有可能返回错误，例如执行：
bitcoin-cli getblock 0000000000000001b6b9a13b095e96db41c4a928b97ef2d944a9b31b2cc7bdc4
在我本机上运行上面代码后返回：
error code: -1
error message:
Block not available (pruned data)

由于我本节硬盘空间有限，因此我没有使用“完全节点”模式来运行内核，于是内核在同步区块链数据时，它只把部分区块的头部信息下载到本地，这样就导致本地无法读取区块的数据内容。

下一节我们看看如何使用我们前几节提到的算法实现钱包地址，同时也通过比特币内核提供的接口来验证我们算法的正确性。更多内容请在b站搜索coding迪斯尼