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比特池塘 区块链技术 正文

以太坊源码分析:交易缓冲池txpool

星火车品
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区块链就是何交易打交道,我们今天就介绍下,交易处理过程中的一个重要组成部分:txpool。这篇文章主要从功能角度介绍,通过这篇文章会了解:
. a- _: L" y- N. \- b" N3 rtxpool的在交易中的位置和作用。
0 t" ^" D, [; U6 Y. }8 ntxpool的功能,核心组成部分queued和pending。. x9 a/ Q4 X6 D0 b3 @
txpool如何实现它的功能。
+ W5 ]2 V( Y" U- D3 ~1 Xtxpool源码的重要关注点。
0 r* C7 w2 D# v" B8 Y! l0 f$ U0 r5 R9 k
以太坊内部有个重要的内部功能是txpool,从字面意思就能看出来,交易池就是存放交易的池子。它在以太坊中的位置如下图,只要有新交易,无论是本节点创建的,还是其他peer节点广播来的,都会先加入到交易池里,在打包区块的时候,就从这个池子里提取,区块产生之后,共识区块,交易上链。
3 K( ~, S: n* g+ T; _1 `7 @txpool有4个功能:3 Y- E/ B7 M/ e+ d
作为存放交易的缓冲区,大量交易到来时,先存起来
* U. l0 x/ E5 s& p为打包区块服务,合适交易会被打包到区块
1 L1 M$ f* e. I9 E清理交易
3 W) q* g* G% p* D$ m: c当交易的数量多于缓冲区大小时,过滤/惩罚发送大量交易的账户(攻击者)
* p4 J0 S/ c: s我们来一张稍微详细点的模块交互图,看txpool怎么实现上面4个功能的。
# t, T+ T- c# q: ?8 w1 E) c
' ?. b7 ^' {0 U4 {1 h. u' i/ l缓存功能的设计
* k' C# \% V  p& c9 Stxpool中的交易分为queued和pending 2种,其中queued存放未来的、当前无法执行的交易。以太坊使用nonce值决定某个账户的交易顺序,多条交易值nonce值必须连续,如果和过去的交易不连续,则无法执行,我们不妨使用nonce值,标记交易的号码,nonce为10的交易,称为第10号交易。举个例子,当前账户的nonce是10,txpool中有该账户的第100号交易,但txpool中没有第11~99号交易,这些交易的缺失,造成第100号交易无法执行,所以第100号交易就是未来的交易、不可执行的交易,存放在queue中。
5 K1 m+ N6 u2 Z/ O. y$ ?0 z( o4 h, m: Upending存放可执行的交易。比如我们把上面的1199号交易补全了,那么11100号交易都可以进入到pending,因为这些交易都是连续的,都可以打包进区块。: j+ V1 C" L$ f8 V3 T
当节点收到交易(本地节点发起的或peer广播来的)时,会先存放到queued,txpool在某些情况下,把queued中可执行的交易,转移到pending中。
& V$ B3 B: A" B+ x  l7 K8 A. O为区块打包服务* V  k* [7 Z3 r  x9 O% H, H
这是txpool最核心的功能,worker在打包区块的时候,会获取所有的pending交易,但这些交易还存在txpool中,worker只是读取出来,至于txpool何时删除交易,稍后从txpool清理交易的角度单独在看。% D: v  P: k7 B, k
清理交易6 i  I" A# B9 Z& l6 B
txpool清理交易有以下几种条件,符合任意以下1条的,都是无效交易,会被从pending或者queued中移除:* |  p+ ^, [; b' I- y
交易的nonce值已经低于账户在当前高度上的nonce值,代表交易已过期,交易已经上链就属于这种情况
  N9 `' _1 g% h3 ~交易的GasLimit大于区块的GasLimit,区块容不下交易" D' {: |/ m0 I/ ?) b+ L% E/ U
账户的余额已不足以支持该交易要消耗的费用2 z% h+ L! @9 a; x$ c# d
交易的数量超过了queued和pending的缓冲区大小,需要进行清理
& D& s" c5 s2 o% F
3 R9 ], w  M# P交易清理主要有3个场景:( _5 A) s7 b6 V  O  M) g

# B0 E5 N7 q! o) K' ztxpool订阅了ChainHeadEvent事件,该事件代表主链上有新区块产生,txpool会根据最新的区块,检查每个账号的交易,有些无效的会被删除,有些由于区块回滚会从pending移动到queued,然后把queued中可执行的交易移动到pending,为下一轮区块打包组号准备。
# [# S4 w8 d* r2 A8 x6 _
3 v! Z5 S! S( C: vqueued交易移动到pending被称为“提升”(promote),这个过程中,同样会检查交易,当交易不符合以上条件时,就会被直接从queued中删除。
1 B% J7 @4 _2 C& R/ s$ v
( i$ \. @$ {9 S/ H: v( }删除停留在queued中超过3小时的交易,3小时这个超时时间是可以通过geth的启动参数调整的。txpool记录了某个账户交易进入pending的时间,如果这个时间超过了3小时,代表该账号的交易迟迟不能被主链打包,既然无法被主链接受,就删除掉在queued中本来就无法执行的交易。
' U# y# E- q( `- k  j
7 M( u7 `# v* ~2 C# t4 a% o& ?- \8 }6 y% x8 [( [7 a) h: w
惩罚恶意账号: H* w' p+ u0 X! t
这也是txpool很重要的一个属性,可以防止恶意账户以发起大量垃圾交易。防止恶意用户造成:2 \" F7 t, L# J/ @& S  J; D
占用txpool空间$ u7 l9 B4 B; _* u. J
浪费节点大量内存和CPU
) @: a+ W3 B7 o3 t降低打包性能4 R; D! t: e! U5 Y+ P, c- B
1 ]  L+ Z' n! H8 O, R/ ?6 Q
**只有当交易的总数量超过缓冲区大小时,txpool才会认为有恶意账户发起大量交易。**pending和queued缓冲区大小不同,但处理策略类似:7 r! F6 Z* W/ i/ t4 s: N
pending的缓冲区容量是4096,当pending的交易数量多于此时,就会运行检查,每个账号的交易数量是否多于16,把这些账号搜集出来,进行循环依次清理,什么意思呢?就是每轮只删除(移动到queued)这些账号的每个账号1条交易,然后看数量是否降下来了,不满足再进行下一轮,直到满足。
" o0 Z% T% {0 ?( ]. e) A6 e  squeued的缓冲区容量是1024,超过之后清理策略和pending差不多,但这里可是真删除了。, q" p, R* [* Z8 g: L: K) y2 y
6 x5 a% H4 o( P! }! }
该部分功能未抽象成单独的函数,而是在promoteExecutables()中,就是在每次把queued交易转移到pending后执行的。
/ p4 T. x: `% z8 _. }本地交易的特权,txpool虽然对交易有诸多限制,但如果交易是本节点的账号发起的,以上数量限制等都对他无效。所以,如果你用本节点账号不停的发送交易,并不会被认为是攻击者,你用txpool.status命令,可以查看到交易的数量,肯定可以大于4096,我曾达到过60000+。
+ R1 I4 s% k5 {1 _8 x重点关注的源码
5 w+ e4 E4 N3 N9 V; htxpool的主要设计上面就讲完了,如果你想把txpool的代码阅读一番,我建议你重点关注一下这些函数和变量,按图索骥能就完全掌握txpool的实现。
3 q9 m' D9 Z3 UTxPoolConfig:txpool的配置参数- H+ }: Q2 B6 o/ N: v& G
chainHeadCh:txpool订阅了新区块事件
" S$ B0 X9 g* j/ `7 kpending:pending的交易,每个账号都有一个交易列表
6 i+ k+ c+ L- J8 b9 Lqueue:queued的交易,每个账号都有一个交易列表4 H2 p0 N- q+ I$ K0 c
loop:txpool的事件处理函数
& l$ D5 L7 `7 H$ h* b' ~. g9 r; SaddTx:添加1条交易的源头,你能找到类似的函数$ m$ N9 f0 V: x0 q
promoteExecutables:queued交易移动到pending
& S4 y5 I0 b! B9 r$ o! I1 F1 Ureset:根据当前区块的最新高度,重置txpool中的交易
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