區(qū)塊鏈架構(gòu)與實現(xiàn)：Cosmos詳解

序1（Peng Zhong，Tendermint CEO）
序2（Alessio Treglia，Tendermint 工程副總裁）
前言
資源與支持

第 1 章 Cosmos 網(wǎng)絡介紹 1
1．1 區(qū)塊鏈開發(fā)的技術挑戰(zhàn) 1
1．1．1 開發(fā)周期與技術門檻 1
1．1．2 資源消耗與交易體驗 2
1．1．3 鏈上擴容與跨鏈通信 3
1．2 Cosmos 網(wǎng)絡 4
1．2．1 Cosmos 的解決方案 4
1．2．2 Cosmos Hub 5
1．2．3 Tendermint Core 6
1．2．4 Cosmos-SDK 8
1．2．5 IBC 協(xié)議 10
1．3 小結(jié) 12

第 2 章 密碼學算法 13
2．1 散列函數(shù)與Merkle 樹 13
2．1．1 散列函數(shù)簡介 13
2．1．2 生日悖論原理 15
2．1．3 Merkle 樹構(gòu)建 17
2．1．4 Merkle 樹證明構(gòu)造 22
2．2 數(shù)字簽名算法 28
2．2．1 循環(huán)群 29
2．2．2 素數(shù)域 32
2．2．3 橢圓曲線 32
2．2．4 ECDSA 36
2．2．5 Ed25519 40
2．2．6 公鑰與地址 45
2．3 網(wǎng)絡流量加密 46
2．4 小結(jié) 47

第3 章 共識協(xié)議與區(qū)塊設計 48
3．1 共識協(xié)議基礎 49
3．1．1 半同步網(wǎng)絡模型與BFT 49
3．1．2 拜占庭將軍問題與CAP 定理 50
3．2 PBFT 共識協(xié)議 54
3．2．1 協(xié)議概述 55
3．2．2 視圖轉(zhuǎn)換 57
3．3 Tendermint 共識協(xié)議 58
3．3．1 協(xié)議概述 59
3．3．2 鎖定機制 62
3．3．3 解鎖機制 64
3．4 共識協(xié)議比較 66
3．5 提案者輪換選擇算法 68
3．6 區(qū)塊結(jié)構(gòu) 79
3．7 小結(jié) 87

第4 章 Tendermint Core 的架構(gòu)設計 88
4．1 整體架構(gòu)概覽 88
4．1．1 基本概念 88
4．1．2 反應器簡介 90
4．2 核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Node 結(jié)構(gòu)體 92
4．2．1 作為服務的Node 結(jié)構(gòu)體 94
4．2．2 可配置的Node 結(jié)構(gòu)體 95
4．2．3 作為對等網(wǎng)絡節(jié)點的Node結(jié)構(gòu)體 96
4．3 反應器（Reactor） 103
4．3．1 mempool．Reactor 105
4．3．2 evidence．Reactor 109
4．3．3 BlockchainReactor 111
4．3．4 consensus．Reactor 114
4．4 小結(jié) 115

第5 章 ABCI 116
5．1 交易池連接 117
5．2 共識連接 119
5．3 查詢連接 125
5．4 客戶端與上層應用交互 128
5．4．1 Application 接口與Client接口 129
5．4．2 進程內(nèi)交互 132
5．4．3 套接字交互 133
5．5 實戰(zhàn)——分布式鍵值數(shù)據(jù)庫 135
5．5．1 鍵值對讀寫實現(xiàn) 137
5．5．2 執(zhí)行過程展示 138
5．6 小結(jié) 141

第6 章 Cosmos-SDK 的架構(gòu)設計 142
6．1 Cosmos-SDK 的模塊化設計 143
6．1．1 AppModule 接口 143
6．1．2 模塊管理器 146
6．1．3 模塊的源碼組織 147
6．2 應用模板BaseApp 148
6．2．1 ABCI 接口方法的實現(xiàn) 151
6．2．2 模塊管理 154
6．3 可認證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)IAVL+樹 157
6．3．1 節(jié)點設計 157
6．3．2 讀寫與遍歷 159
6．3．3 證明機制 167
6．3．4 Cosmos-SDK 中的IAVL+樹 179
6．3．5 Cosmos-SDK 中的剪枝選項 180
6．4 Cosmos-SDK 的存儲器設計 181
6．4．1 多重存儲器 MultiStore 184
6．4．2 鍵值對存儲器KVStore 186
6．4．3 存儲器裝飾器 189
6．4．4 瞬時存儲數(shù)據(jù)庫 193
6．5 小結(jié) 194

第7 章 Cosmos-SDK 的基本模塊 195
7．1 賬戶與交易： auth 模塊 195
7．1．1 賬戶管理 195
7．1．2 標準交易 197
7．1．3 交易預檢查 198
7．2 鏈上資產(chǎn)轉(zhuǎn)移： bank 模塊 200
7．3 創(chuàng)世交易：genutil 模塊 202
7．4 鏈上參數(shù)管理： params 模塊 202
7．5 鏈上資產(chǎn)總量追蹤：supply 模塊 203
7．6 鏈上狀態(tài)一致性檢查： crisis 模塊 204
7．7 鏈上治理：gov 模塊 206
7．7．1 提案創(chuàng)建與投票 206
7．7．2 提案的鏈上存儲 209
7．7．3 提案的鏈上處理 212
7．8 節(jié)點升級：upgrade 模塊 216
7．8．1 升級計劃與升級提案 216
7．8．2 執(zhí)行升級計劃 218
7．8．3 自動化升級 220
7．9 小結(jié) 220

第8 章 Cosmos-SDK 的PoS 實現(xiàn) 221
8．1 PoS 機制概述 221
8．2 Cosmos Hub 的PoS 機制 223
8．3 鏈上資產(chǎn)抵押：staking 模塊 226
8．3．1 驗證者與鏈上資產(chǎn)抵押 227
8．3．2 重新委托與撤回委托 232
8．3．3 驗證者狀態(tài)切換 235
8．3．4 回調(diào)函數(shù)與模塊交互 238
8．4 被動作惡懲罰：slashing 模塊 241
8．4．1 區(qū)塊中的投票信息 242
8．4．2 被動懲罰設計理念 243
8．4．3 被動懲罰實現(xiàn)概覽 244
8．5 主動作惡懲罰： evidence 模塊 249
8．5．1 雙簽作惡懲罰 250
8．5．2 懲罰機制小結(jié) 252
8．6 鏈上資產(chǎn)鑄造：mint 模塊 254
8．7 鏈上獎勵分發(fā)： distribution 模塊 256
8．7．1 獎勵分發(fā)概述 256
8．7．2 F1 獎勵分發(fā)機制 260
8．7．3 F1 獎勵分發(fā)實現(xiàn) 261
8．8 小結(jié) 268

第9 章 Cosmos-SDK 的跨鏈通信 269
9．1 Tendermint Core 輕客戶端 270
9．1．1 輕客戶端原理概述 270
9．1．2 故障模型與解決方案 272
9．1．3 輕客戶端實現(xiàn) 274
9．1．4 Cosmos-SDK 輕客戶端 280
9．2 跨鏈通信原理與設計 283
9．2．1 跨鏈通信概述 283
9．2．2 中繼者 288
9．2．3 輕客戶端 288
9．2．4 連接 293
9．2．5 信道 296
9．2．6 跨鏈數(shù)據(jù)包 298
9．3 跨鏈通信示例 301
9．4 小結(jié) 305

第 10 章 Cosmos Hub 的客戶端Gaia 306
10．1 核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GaiaApp 306
10．1．1 編解碼器初始化 308
10．1．2 BaseApp 初始化 310
10．1．3 模塊存儲映射表初始化 310
10．1．4 模塊Keeper 初始化 311
10．1．5 模塊管理器初始化 314
10．1．6 存儲加載 317
10．2 gaiad 與gaiacli 317
10．2．1 安裝 317
10．2．2 單節(jié)點測試鏈 318
10．2．3 gaiacli 的使用 321
10．3 區(qū)塊的生命周期 325
10．3．1 鏈初始化 325
10．3．2 交易與區(qū)塊構(gòu)建 326
10．3．3 區(qū)塊執(zhí)行 328
10．4 Gaia 的安全部署 331
10．4．1 遠程簽名部署 331
10．4．2 哨兵節(jié)點部署 331
10．5 小結(jié) 332

附錄1 Cosmos-SDK 與Cosmos Hub 中的參數(shù)配置 333
附錄2 Cosmos-SDK 中的鍵值對 336
附錄3 Cosmos-SDK 中的不變量檢查 338