aelf区块数据结构和ChainId

Block & BlockHeader & BlockBody

跟其他主流公链一样，aelf的Block结构也分为Block Header和Block Body两部分。

message Block {
    BlockHeader header = 1;
    BlockBody body = 2;
}

Block Header数据较为轻量，能够涵盖该区块主要信息，和用于验证的其他信息。

message BlockHeader {
    int32 version = 1;
    int32 chain_id = 2;
    Hash previous_block_hash = 3;
    Hash merkle_tree_root_of_transactions = 4;
    Hash merkle_tree_root_of_world_state = 5;
    bytes bloom = 6;
    int64 height = 7;
    map<string, bytes> extra_data = 8;
    google.protobuf.Timestamp time = 9;
    Hash merkle_tree_root_of_transaction_status = 10;
    bytes signer_pubkey = 9999;
    bytes signature = 10000;
}

• version字段迄今为止从来没用过，也就是说，aelf目前的BlockHeader的version都还是0。

• chain_id：代表该区块位于哪一条链上（aelf有一条主链和多条侧链），这里使用int类型的ChainId，详情和计算方式见下。

• previous_block_hash：前置区块的哈希值。

• bloom：这个区块中所有事件的布隆过滤器。

• height：区块高度。

• time：区块时间戳。

• signer_pubkey：产生区块的节点的公钥。

• signature：区块生产者对这个区块的签名。

• extra_data：区块头中需要包含的其他用于验证的信息，例如AEDPoS共识的信息，就会放在这个map里，在同步区块的时候验证其中的共识数据是否有效。另外，系统交易的数量也会包含在其中。

• Merkle Tree Roots：

  • merkle_tree_root_of_transactions：把该区块打包的所有交易的哈希值作为叶子结点，组成的Merkle Tree的Root。

  • merkle_tree_root_of_world_state：该区块中所有交易执行结束以后，把实际修改的State的哈希值作为叶子结点，组成的Merkle Tree的Root。

  • merkle_tree_root_of_transaction_status：把该区块打包的所有交易的Id，和这个交易的执行结果（Transaction Result中的status）合并到一起的哈希值作为叶子结点，组成的Merkle Tree的Root。与merkle_tree_root_of_transactions的不同点在于，叶子结点多了一个交易执行结果的信息，这个信息有助于做跨链验证：跨链验证不仅需要知道某个交易在另外一条链上是否存在，还需要知道存在的这个交易是否执行成功了。

  • 附上跨链验证中重新计算merkle_tree_root_of_transaction_status的叶子节点的逻辑，辅助理解：

var txResultStatusRawBytes =
    EncodingHelper.EncodeUtf8(TransactionResultStatus.Mined.ToString());
var hash = HashHelper.ComputeFrom(ByteArrayHelper.ConcatArrays(txId.ToByteArray(), txResultStatusRawBytes));

再附一个这个Root的计算过程：

private Hash CalculateTransactionStatusMerkleTreeRoot(List<ExecutionReturnSet> blockExecutionReturnSet)
{
    Logger.LogTrace("Start transaction status merkle tree root calculation.");
    var executionReturnSet = blockExecutionReturnSet.Select(executionReturn =>
        (executionReturn.TransactionId, executionReturn.Status));
    var nodes = new List<Hash>();
    foreach (var (transactionId, status) in executionReturnSet)
        nodes.Add(GetHashCombiningTransactionAndStatus(transactionId, status));

    return BinaryMerkleTree.FromLeafNodes(nodes).Root;
}

而BlockBody就比较简单了，只是把交易的Id列表放了进去。

message BlockBody {
    repeated Hash transaction_ids = 1;
}

ChainId的两种表现形式

在aelf的体系中，ChainId有两种形式。

• 一种是string，是一个长度为4的Base58字符；

• 另一种是int，是把Base58进行Decode以后得到bytes，再把bytes转为int32。

aelf的主链使用AELF这一Base58字符串作为ChainId，把AELF当作Base58编码格式Decode再转为Int32后，就得到了int类型的ChainId：9992731。

这个过程的代码位于ChainHelper.cs中，逻辑如下：

public static int ConvertBase58ToChainId(string base58String)
{
    // Use int type to save chain id (4 base58 chars, default is 3 bytes)
    var bytes = Base58CheckEncoding.DecodePlain(base58String);
    if (bytes.Length < 4)
        Array.Resize(ref bytes, 4);

    return bytes.ToInt32(false);
}

当然，int类型的ChainId也可以转回Base58字符串：

public static string ConvertChainIdToBase58(int chainId)
{
    // Default chain id is 4 base58 chars, bytes size is 3
    var bytes = chainId.ToBytes(false);
    Array.Resize(ref bytes, 3);
    return bytes.ToPlainBase58();
}

aelf使用长度为4的Base58字符串作为ChainId，而长度为4的Base58字符串的取值空间为[2111, zzzz]。

此时，int类型的ChainId的取值空间就为[1*58*58*58+0*58*58+0*58+0, 57*58*58*58+57*58*58+57*58+57]，即：[195112, 11316496]。

侧链名tDVV是怎么来的

我们是这样得到tDVV这么一个Base58字符串作为第一条侧链的ChainId的：

1. 通过AELF的到int类型的主链的ChainId：9992731；

2. 把上面的主链ChainId序号增加1，得到9992732；

3. 把9992732转换为byte[]，得到{0, 152, 122, 28}；

4. 去掉第一位0，在数组最后再补一位0，得到{152, 122, 28, 0}；

5. 把二进制数组转换为Int32，得到1866392，把这个值作为第一条侧链的int类型的ChainId；

6. 把1866392转为Base58，得到tDVV。

如果要作为AELF的侧链，tDVV之后的每一条侧链的ChainId，都采取类似的方式进行计算，只不过把第2步中的增加1改成了增加n，n为AELF的侧链的序号，从1开始。

AELF的第二条侧链的ChainId就是1931928/tDVW。

相关逻辑：

public static int GetChainId(long serialNumber)
{
    // For 4 base58 chars use following range (2111 ~ zzzz):
    // Max: 57*58*58*58+57*58*58+57*58+57 = 11316496 (zzzz)
    // Min: 1*58*58*58+0*58*58+0*58+0 = 195112 (2111)
    var validNUmber = (uint)serialNumber.GetHashCode() % 11316496;
    if (validNUmber < 195112)
        validNUmber += 195112;

    var validNUmberBytes = validNUmber.ToBytes().Skip(1).ToArray();

    // Use BigInteger(BigEndian) format (bytes size = 3)
    Array.Resize(ref validNUmberBytes, 4);

    return validNUmberBytes.ToInt32(false);
}