bytom的挖矿流程是什么

免费建站 2024年05月10日 13:57

本篇内容主要讲解“bytom的挖矿流程是什么”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“bytom的挖矿流程是什么”吧!

当我们以bytom init --chain_id=solonet建立比原单机节点用于本地测试时，很快会发现自己将面临一个尴尬的问题：余额为0。就算我们使用bytom node --mining开启挖矿，理论上由于我们是单机状态，本机算力就是全网算力，应该每次都能够挖到，但是不知道为什么，在我尝试的时候发现总是挖不到，所以打算简单研究一下比原的挖矿流程，看看有没有办法能改点什么，给自己单机多挖点BTM以方便后面的测试。

所以在今天我打算通过源代码分析一下比原的挖矿流程，但是考虑到它肯定会涉及到比原的核心，所以太复杂的地方我就会先跳过，那些地方时机成熟的时候会彻底研究一下。

如果我们快速搜索一下，就能发现在比原代码中有一个类型叫CPUMiner，我们围绕着它应该就可以了。

首先还是从比原启动开始，看看CPUMiner是如何被启动的。

下面是bytom node --mining对应的入口函数：

cmd/bytomd/main.go#L54-L57

funcmain(){cmd:=cli.PrepareBaseCmd(commands.RootCmd,"TM",os.ExpandEnv(config.DefaultDataDir()))cmd.Execute()}

由于传入了参数node，所以创建Node并启动：

cmd/bytomd/commands/run_node.go#L41-L54

funcrunNode(cmd*cobra.Command,args[]string)error{//Create&startnoden:=node.NewNode(config)if_,err:=n.Start();err!=nil{//...}

在创建一个Node对象的时候，也会创建CPUMiner对象：

node/node.go#L59-L142

funcNewNode(config*cfg.Config)*Node{//...node.cpuMiner=cpuminer.NewCPUMiner(chain,accounts,txPool,newBlockCh)node.miningPool=miningpool.NewMiningPool(chain,accounts,txPool,newBlockCh)//...returnnode}

这里可以看到创建了两个与挖矿相关的东西，一个是NewCPUMiner，另一个是miningPool。我们先看NewCPUMiner对应的代码：

mining/cpuminer/cpuminer.go#L282-L293

funcNewCPUMiner(c*protocol.Chain,accountManager*account.Manager,txPool*protocol.TxPool,newBlockChchan*bc.Hash)*CPUMiner{return&CPUMiner{chain:c,accountManager:accountManager,txPool:txPool,numWorkers:defaultNumWorkers,updateNumWorkers:make(chanstruct{}),queryHashesPerSec:make(chanfloat64),updateHashes:make(chanuint64),newBlockCh:newBlockCh,}}

从这里的字段可以看到，CPUMiner在工作的时候：

可能需要用到外部的三个对象分别是：chain（代表本机持有的区块链），accountManager（管理帐户），txPool（交易池）

numWorkers：应该保持几个worker在挖矿，默认值defaultNumWorkers为常量1，也就是说默认只有一个worker。这对于多核cpu来说有点亏，真要挖矿的话可以把它改大点，跟核心数相同（不过用普通电脑不太可能挖到了）

updateNumWorkers：外界如果想改变worker的数量，可以通过向这个通道发消息实现。CPUMiner会监听它，并按要求增减worker

queryHashesPerSec：这个没用上，忽略吧。我发现比原的开发人员很喜欢预先设计，有很多这样没用上的代码

updateHashes: 这个没用上，忽略

newBlockCh: 一个来自外部的通道，用来告诉外面自己成功挖到了块，并且已经放进了本地区块链，其它地方就可以用它了（比如广播出去）

然而这里出现的并不是CPUMiner全部的字段，仅仅是需要特意初始化的几个。完整的在这里:

mining/cpuminer/cpuminer.go#L29-L45

typeCPUMinerstruct{sync.Mutexchain*protocol.ChainaccountManager*account.ManagertxPool*protocol.TxPoolnumWorkersuint64startedbooldiscreteMiningboolwgsync.WaitGroupworkerWgsync.WaitGroupupdateNumWorkerschanstruct{}queryHashesPerSecchanfloat64updateHasheschanuint64speedMonitorQuitchanstruct{}quitchanstruct{}newBlockChchan*bc.Hash}

可以看到还多出了几个：

sync.Mutex：为CPUMiner提供了锁，方便在不同的goroutine代码中进行同步

started：记录miner是否启动了

discreteMining：这个在当前代码中没有赋过值，永远是false，我觉得应该删除。已提issue #961

wg和workerWg：都是跟控制goroutine流程相关的

speedMonitorQuit：也没什么用，忽略

quit：外界可以给这个通道发消息来通知CPUMiner退出

再回到n.Start看看cpuMiner是何时启动的：

node/node.go#L169-L180

func(n*Node)OnStart()error{ifn.miningEnable{n.cpuMiner.Start()}//...}

由于我们传入了参数--mining，所以n.miningEnable是true，于是n.cpuMiner.Start会运行：

mining/cpuminer/cpuminer.go#L188-L205

func(m*CPUMiner)Start(){m.Lock()deferm.Unlock()ifm.started||m.discreteMining{return}m.quit=make(chanstruct{})m.speedMonitorQuit=make(chanstruct{})m.wg.Add(1)gom.miningWorkerController()m.started=truelog.Infof("CPUminerstarted")}

这段代码没太多需要说的，主要是通过判断m.started保证不会重复启动，然后把真正的工作放在了m.miningWorkerController()中：

mining/cpuminer/cpuminer.go#L126-L125

func(m*CPUMiner)miningWorkerController(){//1.varrunningWorkers[]chanstruct{}launchWorkers:=func(numWorkersuint64){fori:=uint64(0);i<numWorkers;i++{quit:=make(chanstruct{})runningWorkers=append(runningWorkers,quit)m.workerWg.Add(1)gom.generateBlocks(quit)}}runningWorkers=make([]chanstruct{},0,m.numWorkers)launchWorkers(m.numWorkers)out:for{select{//2.case<-m.updateNumWorkers:numRunning:=uint64(len(runningWorkers))ifm.numWorkers==numRunning{continue}ifm.numWorkers>numRunning{launchWorkers(m.numWorkers-numRunning)continue}fori:=numRunning-1;i>=m.numWorkers;i--{close(runningWorkers[i])runningWorkers[i]=nilrunningWorkers=runningWorkers[:i]}//3.case<-m.quit:for_,quit:=rangerunningWorkers{close(quit)}breakout}}m.workerWg.Wait()close(m.speedMonitorQuit)m.wg.Done()}

这个方法看起来代码挺多的，但是实际上做的事情还是比较好理清的，主要是做了三件事：

第1处代码是按指定的worker数量启动挖矿例程

第2处是监听应该保持的worker数量并增减

第3处在被知关闭的时候安全关闭

代码比较清楚，应该不需要多讲。

可以看第1处代码中，真正挖矿的工作是放在generateBlocks里的：

mining/cpuminer/cpuminer.go#L84-L119

func(m*CPUMiner)generateBlocks(quitchanstruct{}){ticker:=time.NewTicker(time.Second*hashUpdateSecs)deferticker.Stop()out:for{select{case<-quit:breakoutdefault:}//1.block,err:=mining.NewBlockTemplate(m.chain,m.txPool,m.accountManager)//...//2.ifm.solveBlock(block,ticker,quit){//3.ifisOrphan,err:=m.chain.ProcessBlock(block);err==nil{//...//4.blockHash:=block.Hash()m.newBlockCh<-&blockHash//...}}}m.workerWg.Done()}

方法里省略了一些不太重要的代码，我们可以从标注的几处看一下在做什么：

第1处通过mining.NewBlockTemplate根据模板生成了一个block

第2处是以暴力方式（从0开始挨个计算）来争夺对该区块的记帐权

第3处是通过chain.ProcessBlock(block)尝试把它加到本机持有的区块链上

第4处是向newBlockCh通道发出消息，通知外界自己挖到了新的块

mining.NewBlockTemplate

我们先看一下第1处中的mining.NewBlockTemplate：

mining/mining.go#L67-L154

funcNewBlockTemplate(c*protocol.Chain,txPool*protocol.TxPool,accountManager*account.Manager)(b*types.Block,errerror){//...returnb,err}

这个方法很长，但是内容都被我忽略了，原因是它的内容过于细节，并且已经触及到了比原的核心，所以现在大概了解一下就可以了。

比原在一个Block区块里，有一些基本信息，比如在其头部有前一块的hash值、挖矿难度值、时间戳等等，主体部有各种交易记录，以及多次层的hash摘要。在这个方法中，主要的逻辑就是去找到这些信息然后把它们包装成一个Block对象，然后交由后面处理。我觉得在我们还没有深刻理解比原的区块链结构和规则的情况下，看这些太细节的东西没有太大用处，所以先忽略，等以后合适的时候再回过头来看就简单了。

m.solveBlock

我们继续向下，当由NewBlockTemplate生成好了一个Block对象后，它会交给solveBlock方法处理：

mining/cpuminer/cpuminer.go#L50-L75

func(m*CPUMiner)solveBlock(block*types.Block,ticker*time.Ticker,quitchanstruct{})bool{//1.header:=&block.BlockHeaderseed,err:=m.chain.CalcNextSeed(&header.PreviousBlockHash)//...//2.fori:=uint64(0);i<=maxNonce;i++{//3.select{case<-quit:returnfalsecase<-ticker.C:ifm.chain.BestBlockHeight()>=header.Height{returnfalse}default:}//4.header.Nonce=iheaderHash:=header.Hash()//5.ifdifficulty.CheckProofOfWork(&headerHash,seed,header.Bits){returntrue}}returnfalse}

这个方法就是挖矿中我们最关心的部分了：争夺记帐权。

我把代码分成了4块，依次简单讲解：

第1处是从本地区块链中找到新生成的区块指定的父区块，并由它计算出来seed，它是如何计算出来的我们暂时不关心（比较复杂），此时只要知道它是用来检查工作量的就可以了

第2处是使用暴力方式来计算目标值，用于争夺记帐权。为什么说是暴力方式？因为挖矿的算法保证了想解开难题，没有比从0开始一个个计算更快的办法，所以这里从0开始依次尝试，直到maxNonce结束。maxNonce是一个非常大的数^uint64(0)（即2^64 - 1），基本上是不可能在一个区块时间内遍历完的。

第3处是在每次循环中进行计算之前，都看一看是否需要退出。在两种情况下应该退出，一是quit通道里有新消息，被人提醒退出（可能是时间到了）；另一种是本地的区块链中已经收到了新的块，且高度比较自己高，说明已经有别人抢到了。

第4处是把当前循环的数字当作Nonce，计算出Hash值

第5处是调用difficulty.CheckProofOfWork来检查当前算出来的hash值是否满足了当前难度。如果满足就说明自己拥有了记帐权，这个块是有效的；否则就继续计算

然后我们再看一下第5处的difficulty.CheckProofOfWork:

consensus/difficulty/difficulty.go#L120-L123

funcCheckProofOfWork(hash,seed*bc.Hash,bitsuint64)bool{compareHash:=tensority.AIHash.Hash(hash,seed)returnHashToBig(compareHash).Cmp(CompactToBig(bits))<=0}

在这个方法里，可以看到出现了一个tensority.AIHash，这是比原独有的人工智能友好的工作量算法，相关论文的下载地址：https://github.com/Bytom/bytom/wiki/download/tensority-v1.2.pdf，有兴趣的同学可以去看看。由于这个算法的难度肯定超出了本文的预期，所以就不研究它了。在以后，如果有机会有条件的话，也许我会试着理解一下（不要期待~）

从这个方法里可以看出，它是调用了tensority.AIHash中的相关方法进判断当前计算出来的hash是否满足难度要求。

在本文的开始，我们说过希望能找到一种方法修改比原的代码，让我们在solonet模式下，可以正常挖矿，得到BTM用于测试。看到这个方法的时候，我觉得已经找到了，我们只需要修改一下让它永远返回true即可：

funcCheckProofOfWork(hash,seed*bc.Hash,bitsuint64)bool{compareHash:=tensority.AIHash.Hash(hash,seed)returnHashToBig(compareHash).Cmp(CompactToBig(bits))<=0||true}

这里也许会让人觉得有点奇怪，为什么要在最后的地方加上|| true，而不是在前面直接返回true呢？这是因为，如果直接返回true，可能使得程序中关于时间戳检查的地方出现问题，出现如下的错误：

time="2018-05-17T12:10:14+08:00"level=errormsg="MinerfailonProcessBlockblock,timestampisnotinthevalidrange:invalidblock"height=32

原因还未深究，可能是因为原本的代码是需要消耗一些时间的，正好使得检查通过。如果直接返回true就太快了，反而使检查通过不了。不过我感觉这里是有一点问题的，留待以后再研究。

这样修改完以后，再重新编译并启动比原节点，每个块都能挖到了，差不多一秒一个块（一下子变成大富豪了：）

m.chain.ProcessBlock

我们此时该回到generateBlocks方法中的第3处，即：

mining/cpuminer/cpuminer.go#L84-L119

func(m*CPUMiner)generateBlocks(quitchanstruct{}){//...ifm.solveBlock(block,ticker,quit){//3.ifisOrphan,err:=m.chain.ProcessBlock(block);err==nil{//...//4.blockHash:=block.Hash()m.newBlockCh<-&blockHash//...}}}m.workerWg.Done()}

m.chain.ProcessBlock把刚才成功拿到记帐权的块向本地区块链上添加：

protocol/block.go#L191-L196

func(c*Chain)ProcessBlock(block*types.Block)(bool,error){reply:=make(chanprocessBlockResponse,1)c.processBlockCh<-&processBlockMsg{block:block,reply:reply}response:=<-replyreturnresponse.isOrphan,response.err}

可以看到这里实际上是把这个工作甩出去了，因为它把要处理的块放进了Chain.processBlockCh这个通道里，同时传过去的还有一个用于对方回复的通道reply。然后监听reply等消息就可以了。

那么谁将会处理c.processBlockCh里的内容呢？当然是由Chain。如果处理完没有出错，就进入到了第4块，把这个block的hash放在newBlockCh通道里。这个newBlockCh是由外面传入的，很多地方都会用到。当它里面有新的数据时，就说明本机挖到了新块（并且已经添加到了本机的区块链上），其它的地方就可以使用它进行别的操作（比如广播出去）

到此，相信大家对“bytom的挖矿流程是什么”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！