图解比特币第 1 部分

比特币简介第 11.1 部分

本系列使用golang从零开始编写一个比特币轻量级节点。 最终实现与实际比特币网络的交易和SPV（Simplified Payment Verification）。

注：大部分代码来源于BTCD，其实是一篇BTCD源码分析文章。 最终实现了以下功能：

连接比特币网络（包括mainnet、testnet、simnet）加入比特币网络（“版本握手”），从其他节点获取区块链状态，下载区块链头，实现SPV（Simplified Payment Verification）交易比特币

注意：阅读前请确认您对比特币的区块链结构有初步了解。

1.2 代码地址

比特币 Part_1 的插图

1.3 搭建测试网络

编程之初比特币源码分析教程，我们使用的是BCTD自带的测试网。 测试网络配置如下：

# btcd.conf
[Application Options]
datadir=./btcd/data
listen=127.0.0.1:9333
simnet=1
nobanning=1

debuglevel=debug

listen为测试网的ipsimnet，代表模拟网络（Simulation Network） nobanning 不禁止任何节点 debuglevel=debug输出日志信息

启动终端，输入命令：btcd --configfile ./btcd.conf 启动测试网络。

1.4 节点建立连接

在比特币系统中，节点通过执行初始“握手”来建立连接。

Version：版本消息（关键内容：版本号，当前节点区块链的区块高度）

Verack：确认已收到消息

第 1 部分的最终效果是与比特币网络发送和接收消息并建立连接。

1.5 代码结构

1.6 时序图

1.7 通讯协议

追求女生的第一步，就是要了解对方想要什么。 比如初次见面，先看相貌。 节点间通信也是如此。 一开始先检查版本。 如果版本不好，也会被拒。

// #msgversion.go
type MsgVersion struct {
    // Version of the protocol the node is using.
    ProtocolVersion int32
    // Bitfield which identifies the enabled services.
    Services ServiceFlag
    // Time the message was generated.  This is encoded as an int64 on the wire.
    Timestamp time.Time
    // Address of the remote peer.
    AddrYou NetAddress
    // Address of the local peer.
    AddrMe NetAddress
    // Unique value associated with message that is used to detect self

    // connections.
    Nonce uint64
    // The user agent that generated messsage.  This is a encoded as a varString
    // on the wire.  This has a max length of MaxUserAgentLen.
    UserAgent string
    // Last block seen by the generator of the version message.
    LastBlock int32
    // Don't announce transactions to peer.
    DisableRelayTx bool
}

ProtocolVersion表示协议版本，版本号越大比特币源码分析教程，版本越新。查看详情

services代表节点支持的服务，暂用1代表全节点

UserAgent类似于http协议的User-Agent，包括节点软件的名称和版本

LastBlock 表示最新区块的高度

MsgVersion 表示需要发送的内容。

由于消息的底层是一个字节序列，我们需要就字节序列的格式达成一致。

// #message.go
type messageHeader struct {
    magic    BitcoinNet // 4 bytes
    command  string     // 12 bytes
    length   uint32     // 4 bytes
    checksum [4]byte    // 4 bytes
}

magic表示网络类型，目前使用SimNet表示测试网络。 command表示命令名称，目前CmdVersion表示这是获取版本的命令。 length表示数据内容的长度。 校验和数据内容的双重散列。

获取数据内容的接口是下面的BtcEncode。

获取数据内容最大长度的接口是下面的MaxPayloadLength。

获取命令名的接口是下面的Command。

// #message.go
type Message interface {
    BtcDecode(io.Reader, uint32, MessageEncoding) error
    BtcEncode(io.Writer, uint32, MessageEncoding) error
    Command() string

    MaxPayloadLength(uint32) uint32
}

最终发送报文的字节序列格式：

BYTES(Msg.magic) + BYTES(Msg.Command()) + BYTES(Msg.length) + BYTES(Msg.checksum) + BYTES(Msg.BtcEncode())

1.8 测试：

结果如下：

$ go run ./
INFO[0000] version70013                                 
INFO[0000] verack  

1.9 总结：

关键内容是消息的解构，消息由消息头和消息组成。

最终发送报文的字节序列格式：

BYTES(Msg.magic) + BYTES(Msg.Command()) + BYTES(Msg.length) + BYTES(Msg.checksum) + BYTES(Msg.BtcEncode())

参考：

BTCD

一点点

《比特币白皮书》

《解构区块链》

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