XDAG技术详解4-块类型

在xdag网络协议中,block分类两种大的类型,普通块和伪块。
伪块是一种command类型的块,主要目的是用来在xdag网络各个节点间传递一些统计信息,比如a节点向b节点请求拉取某个时间范围内的block。
普通块是xdag块的核心,xdag中所有与交易相关的块都是普通块。本章重点介绍普通块,伪块只做简略的说明。同时重点介绍逻辑设计部分,协议细节不做深入说明,后面会有专门的章节描述。
block格式 在介绍不同类型块之前,先简要看下普通块的格式,伪块的格式比较简单,这里不详细说明。
根据定义,每个block为定长512个字节,其中包含16个field,每个field也定长为32字节。其中field有以下类型:

  1. header
    头字段,其中包含所有field的type信息、block时间戳、交易手续费、和传输标记。这个字段会因为不同类型的block内容填充方式略有不同,在后面介绍详细格式的时候会明确说明。
  2. input
    包含输入block的地址和要输入的金额,可以有多个。
  3. output
    这个类型的field被用做两种不同的方式。
    1. 转账输出目标:包含输出block的地址和要输出的金额。
    2. 单纯为了构造DAG图做的引用:比如当前时间片的主块引用前一个时间片的主块,这时候金额没什么意义,设为0。
    可以有多个。
  4. input signature (half)
    用输入账户的prikey做的签名。
    half:因为这个算法的签名结果是64个字节,一个field放不下,所以会放在连续两个field中,每个field就只有一半。
    这个sign结果可能会有多个,但是数量并不等于input field的数量,而是看所有input field对应的源block到底有是由多少个key签出来的(被哪个key签名的block就是属于这个key),因为有可能不同源block属于相同的key,所以,input sign的个数小于等于input field个数。
    能用input 的 prikey做签名,意味着当前创建block的人持有了input block 的 prikey,也就意味着,input block是当前创建者自己的block。因为只有归属自己的block,才有权限转出资金,才能作为input的角色存在。但从逻辑上说,这种input的签名过程,可以归属不同人,也就是说允许多个不同人的资金做输入,只是当前的实现上没有这么做。
  5. output signature (half)
    用创建当前block的人的prikey签名出来的结果。
    注意这个output的字面意思与实际的用处并不一样,与转出block无关,而是当前交易block创建者的prikey签名。
    根据定义,如果一个block的signout字段能被自己的pubkey验签通过,则这个block属于自己,因为这说明这个signout字段是用自己的prikey签名的。这个signout字段,更像是对当前block中余额的一把锁,这个后面会详细讲。
    每个block一旦创建,就会用自己的prikey做签出一个signout字段,这个signout字段只能被自己的pubkey验签通过,这个block从此归属自己。但是out field指向的block却可以不是自己的block,所以这个output signature的命名是有误导性的,容易被理解为与out field有关,其实无关。
    in/out sign的签名和验签过程比较复杂,后面会专门讲这个过程,当前只有个基本概念即可。
  6. public key,偶数类型。
    block创建后,会带上sign结果相关的pubkey,以便后续接受者直接验签。
    因为这个算法的pubkey结果有奇偶两种类型,这里字段也分了两种类型。
  7. public key,奇数类型。
    解释见6。
普通块
  1. 交易块
    普通的转账交易,包含的field有:
    1. header field
    2. 多个input field
    3. 多个output field
    4. 多个pubkey field
    5. 多个input signature
    6. 一个output signature,注意目前只能有一个output signature field。
  2. 主块
    根据定义,主链上的块被判定为主块,会被增加挖矿奖励金额到主块账户上,比如1024。
    在实际中,主块通常是pool创建的,是每个时间片中最后一个块,用来链接所有当前时间片中pool中的交易快和所有其他类型的块。
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image-20191020194425475.png 比如图中t5块,作为主块,主要的目的就是打包当前时间片中的所有交易,通过这种方式,可以加大交易tps,允许不同节点处理不同的交易,最后用主块链接一次即可。
主块通常包含field有
  1. 一个header field
  2. 一个output field,指向前一个周期的主块。
  3. 若干个output field,指向孤块。
  4. 一个output signature。
  5. 最后一个field是input signature类型,这里是个特殊情况,内容并不是sign,而是挖矿的随机值,这个在后面挖矿章节详细描述。
注意,主块中不包含input field,所以也就不包含pubkey和input sign,但是必须有output sign。
  1. 链接块
    链接块的目的,是为了让图尽量收敛,方便最后主块去打包。我们还是用上图中的t5举例。
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image-20191020194959993.png 【XDAG技术详解4-块类型】t5的目的是打包交易,只有被t5链接到的交易才会变为有效(被确认)。但每个block的field是有限的,如果当前周期的交易block都要由主块直接链接的话,显然能链接的个数不可能超过16,这还没有考虑pubkey和sign字段,这样每个周期内能被确认的交易就有很少了,哪怕未来field数量可以变大,也是有上限的。这就类似比特币的包大小,陷入tps瓶颈,违背了xdag设计的初衷。链接块的目的正是来解决这个问题的。
当一个周期内交易块非常多的时候,系统会自动生成一些链接块,作为中间block,负责收敛顶部孤块的数量。
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image-20191020205834321.png 如图所示,假如当前有30个交易快,显然,一个主块是没法一次链接完所有交易快的,这时候,系统生成三个链接块,提前收敛一次,各自链接10个,那么主块只需要链接三个链接块即可,根据“主块直接或间接引用的块都有效”规则,30个交易也就自然被引用了。
链接块通常包含field有
  1. 一个header field
  2. 若干个output field,指向孤块。
  3. 一个output signature。
与主块类似,链接块也不包含input field和input sign。
  1. 地址块
    在一个钱包刚创建的时候,为了给自己创建一个账户地址,需要先创建一个地址块,这个块的唯一目的就是作为账户地址存在,所以叫地址块。
    地址块不包含交易,不需要链接其他交易快,也不需要链接链接块,地址块只在创建的时候链接归属自己的其他地址块。
    地址块包含的field有
    1. 一个header field
    2. 若干个output field,指向归属自己的其他地址块。
    3. 一个output signature。
伪块 伪块实际上代表在结点间的command请求和响应,大小也是固定为一个block(512字节),按类型分为:
  1. 批量block请求
    一个结点发现自己有部分时间片的block不存在,会向其他结点发起拉取block的请求。
  2. 批量block请求的响应
    上一个请求的响应消息,注意这个响应block只包含一些统计信息,和block数量,实际的block是通过异步方式从连接上发过来的。
  3. sums请求
    sums是一个时间段内所有block的摘要,方便两个结点做一致性对比。
    一个结点为了对比自己跟其他结点之间的存储是否一致,会先按照时间段请求对方的sums,对比过sums后才会决定是否要拉block。
  4. sums请求的响应
    上一个消息的响应,包含响应方的sums内容。
  5. 单个block请求
    想对方请求指定的block。

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