同步模块

标签:区块同步 交易同步


同步,是区块链节点非常重要的功能。它是共识的辅助,给共识提供必需的运行条件。同步分为交易的同步和状态的同步。交易的同步,确保了每笔交易能正确的到达每个节点上。状态的同步,能确保区块落后的节点能正确的回到最新的状态。只有持有最新区块状态的节点,才能参与到共识中去。

交易同步

交易同步,是让区块链的上的交易尽可能的到达所有的节点。为共识中将交易打包成区块提供基础。

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一笔交易(tx1),从客户端上发往某个节点,节点在接收到交易后,会将交易放入自身的交易池(Tx Pool)中供共识去打包。与此同时,节点会将交易广播给其它的节点,其它节点收到交易后,也会将交易放到自身的交易池中。交易在发送的过程中,会有丢失的情况,为了能让交易尽可能的到达所有的节点,收到广播过来交易的节点,会根据一定的策略,选择其它的节点,再进行一次广播。

交易广播策略

如果每个节点都没有限制的转发/广播收到的交易,带宽将被占满,出现交易广播雪崩的问题。为了避免交易广播的雪崩,FISCO BCOS根据经验,选择了较为精巧的交易广播策略。在尽可能保证交易可达性的前提下,尽量的减少重复的交易广播。

  • 对于SDK来的交易,广播给所有的节点
  • 对于其它节点广播来的交易,随机选择25%的节点再次广播
  • 一条交易在一个节点上,只广播一次,当收到了重复的交易,不会进行二次广播

通过上述的策略,能够尽量的让交易到达所有的节点,但也会在极小的概率下出现某交易无法到达某节点的情况。此情况是允许的。交易尽可能到达更多的节点,是为了让此交易尽快的被打包、共识、确认,尽量的让交易能够更快的得到执行的结果。当交易未到达某个节点时,只会使得交易的执行时间变长,不会影响交易的正确性。

状态同步

状态同步,是让区块链节点的状态保持在最新。区块链的状态的新旧,是指区块链节点当前持有数据的新旧,即节点持有的当前区块块高的高低。若一个节点的块高是区块链的最高块高,则此节点就拥有区块链的最新状态。只有拥有最新状态的节点,才能参与到共识中去,进行下一个新区块的共识。

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在一个全新的节点加入到区块链上,或一个已经断网的节点恢复了网络时,此节点的区块落后于其它节点,状态不是最新的。此时就需要进行状态同步。如图,需要状态同步的节点(Node 1),会主动向其它节点请求下载区块。整个下载的过程会将下载的负载分散到多个节点上。

状态同步与下载队列

区块链节点在运行时,会定时向其它节点广播自身的最高块高。节点收到其它节点广播过来的块高后,会和自身的块高进行比较,若自身的块高落后于此块高,就会启动区块下载流程。

区块的下载通过请求的方式完成。进入下载流程的节点,会随机的挑选满足要求的节点,发送需要下载的区块区间。收到下载请求的节点,会根据请求的内容,回复相应的区块。

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收到回复区块的节点,在本地维护一个下载队列,用来对下载下来的区块进行缓冲和排序。下载队列是一个以块高为顺序的优先队列。下载下来的区块,会不断的插入到下载队列中,当队列中的区块能连接上节点当前本地的区块链,则将区块从下载队列中取出,真正的连接到当前本地的区块链上。

同步场景举例

交易同步

一笔交易被广播到所有节点的过程:

  • 一笔交易通过RPC发送到某节点上
  • 收到交易的节点全量广播此交易给其它节点
  • 其它节点收到交易后,为了保险起见,选择25%的节点再广播一次
  • 节点收到广播过的交易,不会再次广播

状态同步

节点出块时的广播逻辑

  • 某个节点出块
  • 此节点将自己最新的状态(最新块高,最高块哈希,创世块哈希)广播给所有的节点
  • 其它的节点收到peer的状态后,更新在本地管理的peer数据

组内成员的同步

组内成员在某时刻意外关闭,但其它成员在出块,当此组员再次启动时,发现区块落后于其它组员:

  • 组员再次启动
  • 收到其它组员发来的状态包
  • 比较发现自己的最高块高落后于其它组员,启动下载流程
  • 将相差的区块按区间划分成多个下载请求包,发送给多个组员,负载均衡
  • 等待其它节点回复区块包
  • 其它节点接受响应,从自己的区块链上查询出区块,回复给启动的节点
  • 节点收到区块,放入下载队列
  • 节点从下载队列中将区块拿出,写到区块链上
  • 若下载未结束,则继续请求,若下载结束,则切换自身状态,开启交易同步,开启共识

新组员的同步

非组员作为一个新组员加入到某个组中,且此节点第一次启动,从原来的组员中同步区块:

  • 非组员未被注册到组中,但非组员先启动
  • 此时发现自己不在组中,不进行状态广播,也不进行交易广播,只等待其它组员发来状态消息
  • 此时组员中并没有此新组员,不会向新组员广播状态
  • 管理员将新组员加入到组中
  • 组员向新组员广播自身状态
  • 新组员收到组员状态,比较自身块高(为0),启动下载流程
  • 之后的下载流程,与组内成员区块同步流程相同