geth共识替换方法

本文档基于geth v1.9.25 stable。目前内容基于代码阅读，还没有实际应用来检验。未来可能会进行修补。

创世块

在创世块中，config中的一个字段指示了链所用的共识算法，以及该算法所需的参数：

{
	"config": {
	  "chainId": 114514,
	  "clique": {
		"period": 5,
		"epoch": 30000
	  },
...
1
2
3
4
5
6
7
8

创世块的config字段会被解析为在params/config.go中定义的ChainConfig类

为了支持在创世块中配置新的共识算法，需要在该类中增加属性，并通过标签指示和JSON字段的对应关系，如：

MyBft         *MyBFTConfig         `json:"mybft,omitempty"`
1

在上面的例子中，MyBFTConfig为一个我们自己定义的类，其中包含我们要实现的共识所需的属性

共识算法判断

在读取创世块配置后，一个指向params.ChainConfig的指针会被传到eth/backend.go中的CreateConsensusEngine方法

// CreateConsensusEngine creates the required type of consensus engine instance for an Ethereum service
func CreateConsensusEngine(stack *node.Node, chainConfig *params.ChainConfig, config *ethash.Config, notify []string, noverify bool, db ethdb.Database) consensus.Engine {
	// If proof-of-authority is requested, set it up
	if chainConfig.Clique != nil {
		return clique.New(chainConfig.Clique, db)
	}
	// Otherwise assume proof-of-work
    ...
1
2
3
4
5
6
7
8

该方法需要根据传入的链配置，返回一个实现了consensus.Engine接口的对象。我们在其中增加一个if，构造自己实现的对象即可。关于该接口的细节详见下文

consensus.Engine

共识的核心接口，包含了有关提出区块、验证区块等的各种方法。新的共识算法需要实现下面的全部方法。

对于实现接口的包如何组织文件，并没有要求

提出本地区块

Prepare

在向新区块中添加交易前，会被调用，来向Header中填充交易无关的已知字段

FinalizeAndAssemble

区块塞满交易后会被调用。若区块中的交易除了本身的转账和合约运行外，还通过其他方式（比如blockDAG中的区块奖励）对状态有影响，应该在这里更新状态数据库。在此之后，将不完整的区块头和区块交易列表等组装为待Seal的区块并返回

如果我们并不需要额外更新状态，用types.NewBlock(header, txs, uncles, receipts, new(trie.Trie))就可以完成组装

Seal

组装好的区块发布前要做的工作。该方法异步返回，在完全准备好区块后才通过channel将区块交给上层

若我们要实现BFT共识中，需要进行额外的节点通信来获得多签。注意到event/event.go中，Post方法可以用于广播数据

验证外来区块

VerifySeal

验证一个区块头是否满足共识中的密码学要求（如PoW中哈希是否符合难度限制，以及PoA中验证签名）

之所以将密码学验证从区块中验证中提取出来，是因为geth支持Ultra Light Client (ULC)模式，该模式需要尽可能避免复杂计算

VerifyHeader

大多数情况下，该方法检查从外界收到的区块头是否合法（考虑共识、时间戳、分叉等因素）

该方法有一个bool类型的参数seal，当seal为false时，最好避免运行VerifySeal中的密码学检查

VerifyHeaders

一次性验证一批区块头，允许并发（当然也可以不并发）

在Quorum的IBFT中，以及原生的Clique中，都没有进行并发验证，原因未知。为了保险我们最好也不要并发了

verifyUncles

与ethash中的BlockDAG有关

我们不需要考虑，直接通过就好

Finalize

若外来区块中的交易除了本身的转账和合约运行外，还通过其他方式（比如blockDAG中的区块奖励）对状态有影响，应该在这里更新状态数据库

我们应该不需要在这里做任何事

其他

Author

输入块头，返回一个地址：在PoW中为块的Coinbase受益者，在PoA中可以自定义为其他地址，如共识中的某个签名者。

作为块的上下文，智能合约可能会使用该属性，因此需要保证一个块打包后，在不同节点上能得到相同的Author

APIs

返回共识特有的RPC-API，用于注册到RPC服务器

这里参考consensus/ethash/api.go和consensus/ethash/ethash.go写就行

CalcDifficulty

因为types.block.go的Header类中，将Difficulty写死在了区块头数据结构里，所以我们必须给每个区块设定一个难度值

在非PoW的共识中，可以像Quorum的IBFT一样直接返回0，也可以活用这一块空间放点东西，比如Clique就用它来表示是否"in turn"

SealHash

输入一个未签名区块头，返回它的哈希

注意传入的区块头可能是带签名的，此时要主动去掉签名部分