以太坊 区块结构

区块由两部分组成：区块头（header）和 区块体（body）。

1. 区块结构

1.1  区块结构图

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1.2 区块头（header）

区块头存储了区块的元信息，用来对区块内容进行一些标识，校验，说明等。

通用字段：

  • ParentHash： 父区块的哈希值。
  • Root：世界状态的哈希，stateDB的RLP编码后的哈希值。
  • TxHash（transaction root hash）：交易字典树的根哈希，由本区块所有交易的交易哈希算出。
  • ReceptHash：收据树的哈希。
  • Time：区块产生出来的Unix时间戳。
  • Number：区块号。
  • Bloom：布隆过滤器，快速定位日志是否在这个区块中。

公链场景：

  • Coinbase：挖出这个块的矿工地址，因为挖出块所奖励的ETH就会发放到这个地址。
  • Difficulty：当前工作量证明（Pow）算法的复杂度。
  • GasLimit: 每个区块Gas的消耗上线。
  • GasUsed：当前区块所有交易使用的Gas之和。
  • MixDigest: 挖矿得到的Pow算法证明的摘要，也就是挖矿的工作量证明。
  • nonce：挖矿找到的满足条件的值。
  • Uncle：叔块是和以太坊的共识算法相关。

 

1.3 区块体（Body）

区块体包括这个区块打包的所有交易，在一些链的设计中，并不像以太坊区分header和body，而是整合在一起。

 

2. 区块存储

以太坊在存储区块的时候，区块头和区块体其实是分开存储的，其实也很容易理解，分开存储可以提供更多的灵活性，比如不用保存全部区块数据的轻节点。

2.1 区块头存储

以太坊通过如下方式将区块头转换成键值对存储在LevelDB中；

headerPrefix + num + hash  -> rlp(header)
Tips: num是以大端序的形式转换成bytes的，其中headerPrefix的值是 []byte("h")


2.2 区块体存储

区块体的存储方式也是类似；

bodyPrefix + num + hash -> rlp(block)
Tips: num是以大端序的形式转换成bytes的，其中bodyPrefix的值是[]byte("b")

 

3. 潜在问题

假设在一个联盟链的场景下，采用了BFT类的算法，有一个重量级的业务跑在上面，日积月累产生了大量的数据，是否会出现

  • LevelDB的读写性能大幅下降拖慢系统的响应速度？
  • 单机存储无法满足需要？
  • 存储了大量的不会使用的历史数据？

在联盟链的场景下，由于共识速度的提升，导致出块速度也大幅提升，原本在公链场景下不存在的区块写入瓶颈，现在反而成了拖慢系统运行速度的重要因素了。

观察一下区块数据的存储就可以发现下面的这些特点；

  • 区块数据只会增加；
  • 无需对历史区块进行修改；
  • 无需对区块数据进行复杂操作，比如聚合，运算等；

归纳一下就是：

  • 顺序写
  • 随机读
  • 迭代（Iterator）

针对这些特点Hyperledger Fabric设计了基于文件的存储方式，在Fabric中区块数据是以一个个文件的形式存在。

chains
  |----mychannel
  |----|----blockfile_000000
index
  |----000001.log
  |----CURRENT
  |----LOCK
  |----LOG
  |----MANIFEST-000000

其中blockfile_000000是区块数据，index则是索引游标等元信息。

这种方式速度很快，方便做数据归档，也可以避免像LevelDB等数据库数据越写越慢的问题，主流联盟链都是采用类似的方案。

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