区块链架构与实现:Cosmos详解 温隆,贾音 著 专业科技 文轩网

序1（Peng Zhong，Tendermint CEO） 序2（Alessio Treglia，Tendermint 工程副总裁） 前言 资源与支持 第 1 章 Cosmos 网络介绍 1 1.1 区块链开发的技术挑战 1 1.1.1 开发周期与技术门槛 1 1.1.2 资源消耗与交易体验 2 1.1.3 链上扩容与跨链通信 3 1.2 Cosmos 网络 4 1.2.1 Cosmos 的解决方案 4 1.2.2 Cosmos Hub 5 1.2.3 Tendermint Core 6 1.2.4 Cosmos-SDK 8 1.2.5 IBC 协议 10 1.3 小结 12 第 2 章 密码学算法 13 2.1 散列函数与Merkle 树 13 2.1.1 散列函数简介 13 2.1.2 生日悖论原理 15 2.1.3 Merkle 树构建 17 2.1.4 Merkle 树证明构造 22 2.2 数字签名算法 28 2.2.1 循环群 29 2.2.2 素数域 32 2.2.3 椭圆曲线 32 2.2.4 ECDSA 36 2.2.5 Ed25519 40 2.2.6 公钥与地址 45 2.3 网络流量加密 46 2.4 小结 47 第3 章 共识协议与区块设计 48 3.1 共识协议基础 49 3.1.1 半同步网络模型与BFT 49 3.1.2 拜占庭将军问题与CAP 定理 50 3.2 PBFT 共识协议 54 3.2.1 协议概述 55 3.2.2 视图转换 57 3.3 Tendermint 共识协议 58 3.3.1 协议概述 59 3.3.2 锁定机制 62 3.3.3 解锁机制 64 3.4 共识协议比较 66 3.5 提案者轮换选择算法 68 3.6 区块结构 79 3.7 小结 87 第4 章 Tendermint Core 的架构设计 88 4.1 整体架构概览 88 4.1.1 基本概念 88 4.1.2 反应器简介 90 4.2 核心数据结构Node 结构体 92 4.2.1 作为服务的Node 结构体 94 4.2.2 可配置的Node 结构体 95 4.2.3 作为对等网络节点的Node结构体 96 4.3 反应器（Reactor） 103 4.3.1 mempool.Reactor 105 4.3.2 evidence.Reactor 109 4.3.3 BlockchainReactor 111 4.3.4 consensus.Reactor 114 4.4 小结 115 第5 章 ABCI 116 5.1 交易池连接 117 5.2 共识连接 119 5.3 查询连接 125 5.4 客户端与上层应用交互 128 5.4.1 Application 接口与Client接口 129 5.4.2 进程内交互 132 5.4.3 套接字交互 133 5.5 实战——分布式键值数据库 135 5.5.1 键值对读写实现 137 5.5.2 执行过程展示 138 5.6 小结 141 第6 章 Cosmos-SDK 的架构设计 142 6.1 Cosmos-SDK 的模块化设计 143 6.1.1 AppModule 接口 143 6.1.2 模块管理器 146 6.1.3 模块的源码组织 147 6.2 应用模板BaseApp 148 6.2.1 ABCI 接口方法的实现 151 6.2.2 模块管理 154 6.3 可认证数据结构IAVL+树 157 6.3.1 节点设计 157 6.3.2 读写与遍历 159 6.3.3 证明机制 167 6.3.4 Cosmos-SDK 中的IAVL+树 179 6.3.5 Cosmos-SDK 中的剪枝选项 180 6.4 Cosmos-SDK 的存储器设计 181 6.4.1 多重存储器 MultiStore 184 6.4.2 键值对存储器KVStore 186 6.4.3 存储器装饰器 189 6.4.4 瞬时存储数据库 193 6.5 小结 194 第7 章 Cosmos-SDK 的基本模块 195 7.1 账户与交易: auth 模块 195 7.1.1 账户管理 195 7.1.2 标准交易 197 7.1.3 交易预检查 198 7.2 链上资产转移: bank 模块 200 7.3 创世交易：genutil 模块 202 7.4 链上参数管理: params 模块 202 7.5 链上资产总量追踪：supply 模块 203 7.6 链上状态一致性检查: crisis 模块 204 7.7 链上治理：gov 模块 206 7.7.1 提案创建与投票 206 7.7.2 提案的链上存储 209 7.7.3 提案的链上处理 212 7.8 节点升级：upgrade 模块 216 7.8.1 升级计划与升级提案 216 7.8.2 执行升级计划 218 7.8.3 自动化升级 220 7.9 小结 220 第8 章 Cosmos-SDK 的PoS 实现 221 8.1 PoS 机制概述 221 8.2 Cosmos Hub 的PoS 机制 223 8.3 链上资产抵押：staking 模块 226 8.3.1 验证者与链上资产抵押 227 8.3.2 重新委托与撤回委托 232 8.3.3 验证者状态切换 235 8.3.4 回调函数与模块交互 238 8.4 被动作恶惩罚：slashing 模块 241 8.4.1 区块中的投票信息 242 8.4.2 被动惩罚设计理念 243 8.4.3 被动惩罚实现概览 244 8.5 主动作恶惩罚: evidence 模块 249 8.5.1 双签作恶惩罚 250 8.5.2 惩罚机制小结 252 8.6 链上资产铸造：mint 模块 254 8.7 链上奖励分发: distribution 模块 256 8.7.1 奖励分发概述 256 8.7.2 F1 奖励分发机制 260 8.7.3 F1 奖励分发实现 261 8.8 小结 268 第9 章 Cosmos-SDK 的跨链通信 269 9.1 Tendermint Core 轻客户端 270 9.1.1 轻客户端原理概述 270 9.1.2 故障模型与解决方案 272 9.1.3 轻客户端实现 274 9.1.4 Cosmos-SDK 轻客户端 280 9.2 跨链通信原理与设计 283 9.2.1 跨链通信概述 283 9.2.2 中继者 288 9.2.3 轻客户端 288 9.2.4 连接 293 9.2.5 信道 296 9.2.6 跨链数据包 298 9.3 跨链通信示例 301 9.4 小结 305 第 10 章 Cosmos Hub 的客户端Gaia 306 10.1 核心数据结构GaiaApp 306 10.1.1 编解码器初始化 308 10.1.2 BaseApp 初始化 310 10.1.3 模块存储映射表初始化 310 10.1.4 模块Keeper 初始化 311 10.1.5 模块管理器初始化 314 10.1.6 存储加载 317 10.2 gaiad 与gaiacli 317 10.2.1 安装 317 10.2.2 单节点测试链 318 10.2.3 gaiacli 的使用 321 10.3 区块的生命周期 325 10.3.1 链初始化 325 10.3.2 交易与区块构建 326 10.3.3 区块执行 328 10.4 Gaia 的安全部署 331 10.4.1 远程签名部署 331 10.4.2 哨兵节点部署 331 10.5 小结 332 附录1 Cosmos-SDK 与Cosmos Hub 中的参数配置 333 附录2 Cosmos-SDK 中的键值对 336 附录3 Cosmos-SDK 中的不变量检查 338