Bystack跨链技术源码揭秘
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发表于 2023-1-7 09:02:03
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: a$ @$ f4 n2 u* U
Vapor侧链采用DPOS和BBFT共识,TPS可以达到数万。此处就分析一下连接Bytom主链和Vapor侧链的跨链模型。9 U u5 Z6 E5 s& v+ [
主侧链协同工作模型, h4 Q8 r) @/ Q5 T# g F
! t. w2 X/ k) t% q1 [/ `0 ^
1、技术细节; o& X( s' n4 I5 m. i0 B; H( z- N
POW当前因为能源浪费而饱受诟病,而且POW本身在提高TPS的过程中遇到诸多问题,理论上可以把块变大,可以往块里面塞更多的交易。TPS是每秒出块数*块里面的交易数。但是也存在问题:小节点吃不消存储这么大的容量的内容,会慢慢变成中心化的模式,因为只有大财团和大机构才有财力去组建机房设备,成为能出块的节点。同时传输也存在问题,网络带宽是有限的,块的大小与网络传输的边际是有关的,不可能无限的去增加块的大小,网络边际上的人拿不到新块的信息,也会降低去中心化的程度,这就是为什么POW不能在提高可靠性的情况下,提高TPS的原因。6 m+ }# `" `3 g4 k! B
而BFT虽然去中心化较弱,但其效率和吞吐量高,也不需要大量的共识计算,非常环保节能,很符合Bystack侧链高TPS的性能需求
(1)跨链模型架构& F& Y1 i4 K# o, O
在Bystack的主侧链协同工作模型中,包括有主链、侧链和Federation。主链为bytom,采用基于对AI 计算友好型PoW(工作量证明)算法,主要负责价值锚定,价值传输和可信存证。侧链为Vapor,采用DPOS+BBFT共识,高TPS满足垂直领域业务。主链和侧链之间的资产流通主要依靠Federation。
(2)节点类型
跨链模型中的节点主要有收集人、验证人和联邦成员。收集人监控联邦地址,收集交易后生成Claim交易进行跨链。验证人则是侧链的出块人。联邦成员由侧链的用户投票通过选举产生,负责生成新的联邦合约地址。
(3)跨链交易流程
主链到侧链6 L3 _1 H! h% s8 L
主链用户将代币发送至联邦合约地址,收集人监控联邦地址,发现跨链交易后生成Claim交易,发送至侧链
侧链到主链
侧链用户发起提现交易,销毁侧链资产。收集人监控侧链至主链交易,向主链地址发送对应数量资产。最后联邦在侧链生成一笔完成提现的操作交易。
2、代码解析3 q Q8 K. |! k$ c5 x
跨链代码主要处于federation文件夹下,这里就这部分代码进行一个介绍。1 W: {% o6 j& S4 h# `9 ?5 |
(1)keeper启动
整个跨链的关键在于同步主链和侧链的区块,并处理区块中的跨链交易。这部份代码主要在mainchain_keerper.go和sidechain_keerper.go两部分中,分别对应处理主链和侧链的区块。keeper在Run函数中启动。
func (m *mainchainKeeper) Run() {
ticker := time.NewTicker(time.Duration(m.cfg.SyncSeconds) * time.Second)
for ; true; ) A5 Y9 f* n, Q3 I; E- z5 z. ?0 O
Run函数中首先生成一个定时的Ticker,规定每隔SyncSeconds秒同步一次区块,处理区块中的交易。
(2)主侧链同步区块( ~/ l. `' B8 ?# {1 [, x* r% s
Run函数会调用syncBlock函数同步区块。2 T. I; F6 M2 N; G/ T: t$ ^/ h
func (m *mainchainKeeper) syncBlock() (bool, error) {
chain := &orm.Chain{Name: m.chainName}5 p& b% I; T# A* F, z
if err := m.db.Where(chain).First(chain).Error; err != nil {( M2 ^. x F( e" m6 S' i! @
return false, errors.Wrap(err, "query chain")5 v4 [* @/ G& J7 \/ i3 t2 V
}1 b, Q, r" g+ N
height, err := m.node.GetBlockCount()
//..
if height
这个函数受限会根据chainName从数据库中取出对应的chain。然后利用GetBlockCount函数获得chain的高度。然后进行一个伪确定性的检测。2 W( J2 C4 s* e! b
height
主要是为了判断链上的资产是否已经不可逆。这里Confirmations的值被设为10。如果不进行这个等待不可逆的过程,很可能主链资产跨链后,主链的最长链改变,导致这笔交易没有在主链被打包,而侧链却增加了相应的资产。在此之后,通过GetBlockByHeight函数获得chain的下一个区块。8 y$ Q6 c# s0 `# }: [0 S+ P3 _$ J
nextBlockStr, txStatus, err := m.node.GetBlockByHeight(chain.BlockHeight + 1)4 f; K: @% U7 l! `. V- S
这里必须满足下个区块的上一个区块哈希等于当前chain中的这个头部区块哈希。这也符合区块链的定义。0 y% O1 N1 P j E) p
if nextBlock.PreviousBlockHash.String() != chain.BlockHash {4 \! a: R1 K" t. ^6 {
//..9 Y* v( b: _1 K% }) h8 P" d& R' m
}
在此之后,通过调用tryAttachBlock函数进一步调用processBlock函数处理区块。# g3 k: [, s- m+ u# E& G
(3)区块处理
processBlock函数会判断区块中交易是否为跨链的deposit或者是withdraw,并分别调用对应的函数去进行处理。$ l! W' g5 n: u. h5 @" m3 V
func (m *mainchainKeeper) processBlock(chain *orm.Chain, block *types.Block, txStatus *bc.TransactionStatus) error {
if err := m.processIssuing(block.Transactions); err != nil {
return err
}
for i, tx := range block.Transactions {
if m.isDepositTx(tx) {, t* F2 ^! @: C/ I
if err := m.processDepositTx(chain, block, txStatus, uint64(i), tx); err != nil {7 ?+ f3 z! K' |# N2 W
return err& _/ a9 f. X: p: B+ A3 k0 [
}' ~2 D9 s9 b% o6 ^
}# y7 B# h) @/ K6 e. [1 d
if m.isWithdrawalTx(tx) {+ ], \' ?- c1 p4 X3 e4 i( i
if err := m.processWithdrawalTx(chain, block, uint64(i), tx); err != nil {
return err
}( l8 a2 }3 p/ |/ H0 ~
}8 s7 q( P0 C, G' w, r3 {
}* e/ ^& V+ @2 L
return m.processChainInfo(chain, block). S# M/ O' L; ?# I- m* `- @
}/ b2 `. O6 J& \& p& }7 f* \, y- J
在这的processIssuing函数,它内部会遍历所有交易输入Input的资产类型,也就是AssetID。当这个AssetID不存在的时候,则会去在系统中创建一个对应的资产类型。每个Asset对应的数据结构如下所示。
m.assetStore.Add(&orm.Asset{+ G' Q1 W5 i" m- J; \$ |
AssetID: assetID.String(),
IssuanceProgram: hex.EncodeToString(inp.IssuanceProgram),
VMVersion: inp.VMVersion,
RawDefinitionByte: hex.EncodeToString(inp.AssetDefinition),
})
在processBlock函数中,还会判断区块中每笔交易是否为跨链交易。主要通过isDepositTx和isWithdrawalTx函数进行判断。6 x2 f- Q: A# C6 X! h1 x
func (m *mainchainKeeper) isDepositTx(tx *types.Tx) bool { Q* ]0 h4 M, U: k
for _, output := range tx.Outputs {! x0 m* |9 d3 W" ~% B/ p! L' d, X4 }
if bytes.Equal(output.OutputCommitment.ControlProgram, m.fedProg) {, R! f! o- r" i; ]8 }3 N3 o
return true
}
}% v/ E- g8 H) Y9 W3 B; e3 `
return false
}2 [( T8 U8 U' E$ \7 I! \% h
func (m *mainchainKeeper) isWithdrawalTx(tx *types.Tx) bool {
for _, input := range tx.Inputs {
if bytes.Equal(input.ControlProgram(), m.fedProg) {
return true
}
}
return false
}
看一下这两个函数,主要还是通过比较交易中的control program这个标识和mainchainKeeper这个结构体中的fedProg进行比较,如果相同则为跨链交易。fedProg在结构体中为一个字节数组。 `" H7 K3 A' f* d+ h
type mainchainKeeper struct {
cfg *config.Chain; a! v8 Q) g. W# k8 M" i
db *gorm.DB E3 N' d; Q6 Z, \9 E& A- ^# ~
node *service.Node
chainName string
assetStore *database.AssetStore
fedProg []byte2 F) P( c2 h) i4 X
}; G2 K O9 x# [6 ?; D. R
(4)跨链交易(主链到侧链的deposit)处理. J" q% ]4 N' t, ^$ J
这部分主要分为主链到侧链的deposit和侧链到主链的withdraw。先看比较复杂的主链到侧链的deposit这部分代码的处理。. Z: z' |( B1 ^/ J. m/ n- w' ~
func (m *mainchainKeeper) processDepositTx(chain *orm.Chain, block *types.Block, txStatus *bc.TransactionStatus, txIndex uint64, tx *types.Tx) error {* C J; G3 `6 `
//..1 H1 L' m4 }5 D0 L# a
rawTx, err := tx.MarshalText()& Q. y- l( W) F) _* a8 n0 C* v: Z
if err != nil {
return err
}$ f% h) ^ P+ G- b4 T, N3 N' c$ ?
ormTx := &orm.CrossTransaction{
//.., ?: {7 a5 Q; f5 T& S
}
if err := m.db.Create(ormTx).Error; err != nil {
return errors.Wrap(err, fmt.Sprintf("create mainchain DepositTx %s", tx.ID.String()))
}
statusFail := txStatus.VerifyStatus[txIndex].StatusFail
crossChainInputs, err := m.getCrossChainReqs(ormTx.ID, tx, statusFail)
if err != nil {4 y% b( B' E |0 p M( e* f& C
return err
}
for _, input := range crossChainInputs {& C& f& [6 l/ w6 J6 R: Z' U$ x
if err := m.db.Create(input).Error; err != nil {
return errors.Wrap(err, fmt.Sprintf("create DepositFromMainchain input: txid(%s), pos(%d)", tx.ID.String(), input.SourcePos))
}4 m* }2 g% i) f' ^6 p
}& Y u' T) y1 ]% e0 I8 p* X; x. g
return nil. J+ p1 ~# T4 _; c
}) T. }. i8 W A) z. V
这里它创建了一个跨链交易orm。具体的结构如下。可以看到,这里它的结构体中包括有source和dest的字段。7 z Q4 |$ }7 L
ormTx := &orm.CrossTransaction{
ChainID: chain.ID,- e0 Y; H' ^/ a4 W
SourceBlockHeight: block.Height,2 t) C% E( y P* w3 h& V
SourceBlockTimestamp: block.Timestamp,
SourceBlockHash: blockHash.String(),
SourceTxIndex: txIndex,: }3 `* Q# q$ _2 d5 x7 p/ U
SourceMuxID: muxID.String(),
SourceTxHash: tx.ID.String(),* v7 M9 }# j4 J/ l8 j
SourceRawTransaction: string(rawTx),% k! _6 R/ U% U- p- Z
DestBlockHeight: sql.NullInt64{Valid: false},3 D5 y$ d0 S& A7 K+ T
DestBlockTimestamp: sql.NullInt64{Valid: false},2 e `9 W9 Z7 @! ?+ B
DestBlockHash: sql.NullString{Valid: false},
DestTxIndex: sql.NullInt64{Valid: false},! U3 ]! e! X. i5 x' t7 ^$ [
DestTxHash: sql.NullString{Valid: false},% _/ S7 d0 I. @
Status: common.CrossTxPendingStatus,; L6 C( R$ a0 f
}
创建这笔跨链交易后,它会将交易存入数据库中。% G$ {- K @% P
if err := m.db.Create(ormTx).Error; err != nil {) ~- n4 N) h7 N/ o
return errors.Wrap(err, fmt.Sprintf("create mainchain DepositTx %s", tx.ID.String()))
}
在此之后,这里会调用getCrossChainReqs。这个函数内部较为复杂,主要作用就是遍历交易的输出,返回一个跨链交易的请求数组。具体看下这个函数。
func (m *mainchainKeeper) getCrossChainReqs(crossTransactionID uint64, tx *types.Tx, statusFail bool) ([]*orm.CrossTransactionReq, error) {& Z6 ^9 m" d0 {9 ~
//..1 Q+ H' M1 A3 S. {2 J
switch {
case segwit.IsP2WPKHScript(prog):
//..
case segwit.IsP2WSHScript(prog):
//..- W/ o$ z+ o$ t, b% h+ T
}5 D7 S) V5 q( t6 ]2 H) z+ L
reqs := []*orm.CrossTransactionReq{}& [# e: p1 t+ Z9 R( t
for i, rawOutput := range tx.Outputs {
//..: ^; K5 v5 o5 V; D6 r9 A/ I. Y
req := &orm.CrossTransactionReq{
//..; ~9 Z, z( Y5 ]1 ^
}* p- \9 u" y& |* W
reqs = append(reqs, req)' y$ G5 u4 f1 f1 n7 c
}. J: j( Y5 X- q, r
return reqs, nil
}" k; n, Y2 \3 m0 w* T0 N
很显然,这个地方的交易类型有pay to public key hash 和 pay to script hash这两种。这里会根据不同的交易类型进行一个地址的获取。* _+ V" y5 M! O& Q- ?/ u
switch {
case segwit.IsP2WPKHScript(prog):
if pubHash, err := segwit.GetHashFromStandardProg(prog); err == nil {& g3 f3 j: u' b1 x3 Y: H" m
fromAddress = wallet.BuildP2PKHAddress(pubHash, &vaporConsensus.MainNetParams)
toAddress = wallet.BuildP2PKHAddress(pubHash, &vaporConsensus.VaporNetParams), \; o6 {9 H6 @- _+ w" o
} [: Q/ k6 h% V; b
case segwit.IsP2WSHScript(prog):
if scriptHash, err := segwit.GetHashFromStandardProg(prog); err == nil {
fromAddress = wallet.BuildP2SHAddress(scriptHash, &vaporConsensus.MainNetParams)/ ^/ P( x6 ^& p, ]' e2 P! s
toAddress = wallet.BuildP2SHAddress(scriptHash, &vaporConsensus.VaporNetParams)1 F. s) q& z. l& p
}
}; H! ]4 ]2 }; T/ x: c/ T* F1 p$ G
在此之后,函数会遍历所有交易的输出,然后创建跨链交易请求,具体的结构如下。3 h1 w/ O: d+ _7 t+ t9 C4 |
req := &orm.CrossTransactionReq{
CrossTransactionID: crossTransactionID,: S0 l) }5 E# E0 i; T, D
SourcePos: uint64(i),
AssetID: asset.ID,, S( L } u7 h, U9 T
AssetAmount: rawOutput.OutputCommitment.AssetAmount.Amount,
Script: script,$ c; g3 T) G/ w5 k
FromAddress: fromAddress,1 j" t' @/ V1 q! d5 n
ToAddress: toAddress,+ Z( N# H7 |' s
}; o. S6 t) { l/ C
创建完所有的跨链交易请求后,返回到processDepositTx中一个crossChainInputs数组中,并存入db。
for _, input := range crossChainInputs {' j; G m9 N9 M& o: d- _
if err := m.db.Create(input).Error; err != nil {9 F3 s3 m( s1 c, N9 O; V/ H
return errors.Wrap(err, fmt.Sprintf("create DepositFromMainchain input: txid(%s), pos(%d)", tx.ID.String(), input.SourcePos))- {; L% ]( `6 W7 N3 q& I
}1 `: ^5 ~( C% ?) v
}/ h% K" \ M+ w
到这里,对主链到侧链的deposit已经处理完毕。
(5)跨链交易(侧链到主链的withdraw)交易处理
这部分比较复杂的逻辑主要在sidechain_keeper.go中的processWithdrawalTx函数中。这部分逻辑和上面主链到侧链的deposit逻辑类似。同样是创建了orm.crossTransaction结构体,唯一的改变就是交易的souce和dest相反。这里就不作具体描述了。
3、跨链优缺点4 y& ` f# s% i1 \2 }* ?
优点
(1) 跨链模型、代码较为完整。当前有很多项目使用跨链技术,但是真正实现跨链的寥寥无几。) C* g" z4 Y6 b. Q1 u
(2) 可以根据不同需求实现侧链,满足多种场景( A4 R" d2 @1 p& U/ n; h
缺点% }5 O! `9 Q" |* [
(1) 跨链速度较慢,需等待10个区块确认,这在目前Bytom网络上所需时间为30分钟左右, @( f- @. N' t5 I. B% b
(2) 相较于comos、polkadot等项目,开发者要开发侧链接入主网成本较大: [( j: z, C* r. R$ k
(3) 只支持资产跨链,不支持跨链智能合约调用
4、跨链模型平行对比Cosmos3 A9 O% Q7 {. ? O5 _' I$ u4 B
可扩展性
bystack的主测链协同工作模型依靠Federation,未形成通用协议。其他开发者想要接入其跨链网络难度较大。Cosmos采用ibc协议,可扩展性较强。+ Y$ X0 s- Q. K# y; c5 }
代码开发进度
vapor侧链已经能够实现跨链。Cosmos目前暂无成熟跨链项目出现,ibc协议处于最终开发阶段。
跨链模型7 @; U# Y( N |8 p$ f
vapor为主侧链模型,Cosmos为Hub-Zone的中继链模型。
5、参考建议2 ?! @5 L2 a' h8 M
侧链使用bbft共识,非POW的情况下,无需等待10个交易确认,增快跨链速度。
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声明:该文观点仅代表作者本人,本文不代表比特池塘立场,且不构成建议,请谨慎对待。
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