1024 节献礼: simple chain
前两周上线了 Cybermiles 的 supernode，因为 Cybermiles 主网使用了 Tendermint，于是上周便研究了一下 Tendermint，边学边写了个 slides 介绍 Tendermint。
Tendermint 是一个脱胎于 PBFT 的 consensus engine，并在此之上构建了一个 Appliation BlockChain Interface (ABCI)，让 blockchain 的开发者可以关注于如何提供服务，以及维系服务的状态，而把如何达成共识，如何管理 mempool，如何进行安全的 p2p 通讯这样的琐事交给 Tendermint 来处理。Tendermint 自身是 golang 撰写的，其 ABCI 接口用 protobuf 实现，并使用 raw TCP 或者 http2 (gRPC) 和 application layer 通讯。
周日，闲来无事，想用 tendermint 做点东西。无奈 tendermint 没有提供 elixir 的 ABCI 实现，社区的 erlang 实现又缺失一些东西，且我很不喜欢 erlang 下用 Record 来描述 protobuf 的方式，于是用 Tony 的 protobuf 库，写了个 elixir 的 ABCI 实现，放在 github.com/arcblock/ex_abci 上，并随后实现了 Tendermint 自身提供的 counter example app - 用区块链的不可篡改性来维护一个全网唯一的计数器。
使用 ex_abci，counter app 的核心代码也就几十行，就是实现 info，check_tx，deliver_tx 几个接口即可：
这样的 app 当 hello world 还可以，用来验证 Tendermint 是否靠谱，本身并不靠谱。Tendermint 还提供了一个 kv store 的 example，也没有 get 到区块链的核心要素，于是我便萌生了搞一个足够简单，最好能在几百行内演示区块链技术的 Simple Chain。那什么算是区块链的核心要素呢，我觉得是这幅图 - Merkle Patricia Tree (MPT)：
这是以太坊保存其 World State 的核心 - 我相信我的读者们了解 patricia tree (prefix tree, radix tree, 或者叫 trie)，有一些区块链知识的读者应该知道 merkle tree，MPT 结合二者，组织出一个自带验证的 persistent data structure（函数式编程语言保存 list / map 的方式），关于 MPT 和以及上图，我们的工程师丁沛灵同学在上次北京 Hackathon 有一个精彩的讲座，感兴趣的同学可以去 youtube arcblock channel 上找：ArcBlock’s Introduction to Blockchain，在 37 分钟附近开始讲 MPT，大约 10 分钟，非常之深入浅出。篇幅有限，我这里就不详细展开。
关于 Simple Chain，产品上我是这么考虑的：
- 账号系统兼容以太坊
- 完整使用 Tendermint 的全部接口，并探索它们的意义
- chain 的状态使用 MPT 保存，并将每个 block commit 后的 state root 提交给 Tendermint
- chain 能够具有基本的容错 - 比如 tx 执行到一半，crash 了，可以恢复到上一个 block 的 state 继续往下执行
- Transaction 使用简化版本的 Ethereum tx，一个 TX 只包含 from, to, nonce, total 和 pub key
- MPT 里保存类似 Ethereum 的 account，每个 account 有自己的 balance，nonce 和 num_txs
- client RPC 直接整合在 Wallet 模块里，方便演示
花了两天的功夫，一个粗糙的，未经过多节点测试的版本终于实现了，源码见：ex_abci/examples/simple_chain。我们谈谈其主要对外接口：
- Wallet.new: 生成离线账号
- Wallet.declare: 每个 Wallet 第一次可以让系统给自己打 10000 个 token，这个主要方便测试
- Wallet.transfer：一个账户给另一个账户打钱。两方的 address 对应的 account 会在 chain 的 MPT 里更新，每个 block commit 之后，MPT root，也就是 app state 会写入 block header。
- Wallet.info / Wallet.chain_info：访问 account 的信息 / chain 的信息
下面是运行时的整个过程。
初始化：
Wallet 状态：
转账：
Tendermint block:
转账结束后的状态：
这个 Simple Chain 主要使用到的技术：
- Tendermint 和 ex_abci，这是自然
- Elixir 下的 MPT 实现：merkle_patricia_tree
- Tony 的 protobuf 实现。我们在 MPT 里存储 account，其 value 也是用 protobuf 定义的
- keccakf1600：ethereum 的 sha3 的实现，用来产生 account address 和各种需要 hash 的场合（注意，我们这里并没有使用 double hash）
- libsecp256k1：ECDSA 的实现，主要用来生成 wallet，以及 transaction 的 sign 和 verify
目前代码量在 400 行内，基本上一路了然，用来理解 Tendermint 和区块链技术的基本逻辑再好不过。
本来这篇文章想赶在 1024 节前发的 - 昨晚我处理 crash recovery 没有处理好，今早开车穿越 90 号高速上的迷雾时，突然有了思路，所以文章发晚了。对这些技术感兴趣的同学，可以在 https://hack.arcblock.io/learning/ 上面报名我们未来的 Tech Talk，以及关注 arcblock 的 youtube channel 获取我们之前的知识分享。
祝大家 1024 节快乐！
