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SDK 应用程序架构

状态机

区块链应用的核心是具有最终确定性的复制状态机

状态机是计算机科学概念,一台机器可以具有多个状态,但在任何给定时间只有一个状态,其描述了系统的当前状态,及触发这些状态转变的交易(译者注:也对应数据库中事务的概念)。

给定一个状态S和交易T状态机会返回一个新的状态S'。

+--------+                 +--------+
|        |                 |        |
|   S    +---------------->+   S'   |
|        |    apply(T)     |        |
+--------+                 +--------+

实际上交易以区块的形式打包在一起以提高过程的效率。给定状态S和包含交易的区块B状态机将返回新状态S'。

+--------+                              +--------+
|        |                              |        |
|   S    +----------------------------> |   S'   |
|        |   For each T in B: apply(T)  |        |
+--------+                              +--------+

在区块链上下文环境中,状态机是确定性的。这意味着如果你从一个给定的状态开始,重放相同顺序的交易,将始终以相同的最终状态结束。

Cosmos SDK 为你提供了最大的灵活性用以定义自身应用程序的状态、交易类型和状态转换函数。在接下来的章节中会更深入细致的描述如何使用 SDK 来构建状态机。但首先,让我们看看状态机是如何使用 Tendermint 进行复制的。

Tendermint

作为一个开发者,你只需要使用 Cosmos-SDK 定义状态机,而Tendermint将会为你处理网络层的状态复制。

                ^  +-------------------------------+  ^
                |  |                               |  |   通过 Cosmos SDK 构建
                |  |         状态机 = 应用(层)      |  |
                |  |                               |  v
                |  +-------------------------------+
                |  |                               |  ^
       链节点    |  |             共识层             |  |
                |  |                               |  |
                |  +-------------------------------+  |   Tendermint Core
                |  |                               |  |
                |  |              网络层            |  |
                |  |                               |  |
                v  +-------------------------------+  v

Tendermint是一个与应用程序无关的引擎负责处理区块链的网络层共识层。实际上这意味着Tendermint负责传播和排序交易字节。Tendermint Core 依赖于拜占庭容错BFT算法来达成交易顺序的共识。要深入了解Tendermint可点击这里

Tendermint一致性算法通过一组称为验证人的特殊节点一起运作。验证人负责向区块链添加交易区块。对于任何给定的区块有一组验证人V。通过算法选择V中的验证人A作为下一个区块的提议人。如果超过三分之二的V签署了prevoteprecommit,并且区块包含的所有交易都是有效的,则该区块被认为是有效的。验证人集合可以通过状态机中编写的规则进行更改。要深入了解算法,点击

Cosmos SDK 应用程序的主要部分是一个区块链服务后台daemon它在每个网络节点的本地运行。如果验证人集合中三分之一以下的是拜占庭即恶意的则每个节点在同时查询状态时应获得相同的结果。

ABCI

Tendermint通过名为ABCI的接口将交易从网络层传递给应用程序,因此应用程序必须要实现 ABCI 。

+---------------------+
|                     |
|         应用         |
|                     |
+--------+---+--------+
         ^   |
         |   | ABCI
         |   v
+--------+---+--------+
|                     |
|                     |
|     Tendermint      |
|                     |
|                     |
+---------------------+

注意Tendermint 仅处理交易字节。它不知道这些字节究竟是什么意思。Tendermint 所做的只是对交易确定性地排序。赋予这些字节意义是应用程序的工作。Tendermint通过ABCI将交易字节传递给应用程序并期望返回代码以知晓消息是否成功。

以下是ABCI中最重要的消息类型

  • CheckTx : 当 Tendermint Core 收到交易时,如果符合一些的基本的要求会将其传递给应用程序。Checkx 用于保护全节点的交易池免受垃圾邮件的侵害。一个名为“Ante Handler”的特殊处理器用于执行一系列验证步骤例如检查手续费用是否足够和验证签名是否合法。如果交易有效则将交易添加到交易池mempool中并广播到对等节点。注意, CheckTx 不会处理交易(即不会对修改状态),因为它们尚未包含在区块中。
  • DeliverTx : 当 Tendermint Core 接收到有效区块时,块中的每条交易都将通过 DeliverTx 传递给应用程序进行处理。正是在这一阶段发生了状态转换。“Ante Handler”也将连同实际处理交易中每条消息的handler一起再次执行。
  • BeginBlock/EndBlock : 无论区块是否包含交易,这两个消息都将在每个区块的开头和结尾执行。触发自动的逻辑执行是很有用的。过程中要足够小心,因为计算成本高昂的循环运算可能会减慢区块链的速度,甚至发生无限循环引起区块链本身停滞。

有关 ABCI 方法和类型的详细介绍请点击

在 Tendermint 上构建的任何应用程序都需要实现ABCI接口来同本地的底层 Tendermint 引擎进行通信。幸运的是你不用必需实现ABCI接口。Cosmos SDK以baseapp的形式提供了样板实现。

接下来,让我们学习SDK的高级设计原则