14. SPV 轻节点

14.1. 概述

SPV是ChainMaker的轻节点，主要是同步区块头及部分其他数据的节点，并通过同步的数据实现交易的验证。

目前只实现了对ChainMaker的支持，具有如下功能：

  • 实现对多链的区块头及部分其他数据（如交易Hash）的同步，且可对外提供交易存在性及有效性证明。

  • 可独立部署获取业务链的数据，并提供交易存在性及有效性证明服务。

  • 可作为组件集成进其他模块，调用启动以获取业务链的数据，并提供交易存在性及有效性证明。

14.2. 节点类型

节点类型 同步数据类型 是否参与共识 是否验证区块 是否执行交易 是否可接收执行类交易 是否可接收查询类交易
共识节点 区块 是 是 是 是 是
同步节点 区块 否 是 是 是 是
轻节点 区块头 否 是 否 否 否

14.3. 设计思路

14.3.1. 模块设计

在SPV中，主要包含StateManager、ReqManager、BlockManager、Prover、Storage模块，各模块作用主要如下：

  • StateManager模块：状态管理模块，主要作用是订阅远端链最新区块、轮询远端链的最新区块高度。

  • ReqManager模块：请求管理模块，主要作用是请求spv本地已请求的区块高度(requestMaxHeight)至远端链最新高度(remoteHeight)之间的区块、请求BlockManager模块验证不合法的区块。

  • BlockManager模块：区块管理模块，主要作用是验证区块有效性、并持久化有效区块的区块头和交易Hash。

  • Prover模块：证明器模块，主要作用是对Client提供交易存在性和有效性证明服务。

  • Storage模块：存储模块，主要作用是存储同步的区块中的区块头及交易Hash。

14.3.2. 主要流程

SPV主要功能为同步区块头及区块中交易Hash，以及提供交易存在性和有效性证明，下图描述了主要功能的流程：

流程设计

区块同步流程：

  1. StateManager订阅远端业务链最新区块；

  2. StateManager获取远端业务链最新区块；
    2.1 若最新区块高度大于spv已经请求的区块高度(requestedMaxHeight)，则BlockManager处理该区块，否则丢弃;
    2.2 BlockManager检验区块的有效性；
    2.3 区块有效，存储区块头和区块中的交易Hash；
    2.4 区块无效，通过ReqManager重新请求该高度区块；

  3. StateManager轮询远端链最新高度；

  4. StateManager获取远端链最新高度；
    4.1 若最新高度大于spv已经请求的区块高度(requestedMaxHeight)，则ReqManager处理该高度信息，否则丢弃；
    4.2 ReqManager请求相应高度的区块；
    4.3 ReqManager获取到相应高度的区块，并交给BlockManager处理；

交易存在性和有效性验证流程：

5. Client提供TxValidationInfo，调用Prover中的ValidTransaction接口进行交易有效性证明；
5.1 Prover从本地通过交易ID获得交易Hash；
5.2 Prover调用SDK通过交易Hash获得交易实体；
5.3 Prover比对TxValidationInfo中的交易信息和交易实体中的信息，判断交易存在性和有效性；

14.4. 参数配置

14.4.1. SPV配置参数

  • spv_config.yml 配置文件如下：

注意：SPV配置文件中的路径是基于spv二进制文件的相对路径，也可以使用绝对路径。

# 链配置
chain:
   # 链ID
 - chain_id: "chain1"
   # 同步配置，同步链中节点区块最新高度信息的时间间隔，单位：毫秒
   sync_chainInfo_interval: 10000
   # sdk配置文件路径
   sdk_config_path: "../config/chainmaker_sdk_config_chain1.yml"
   # 链ID
 - chain_id: "chain2"
   # 同步配置，同步链中节点区块最新高度信息的时间间隔，单位：毫秒
   sync_chainInfo_interval: 10000
   # sdk配置文件路径
   sdk_config_path: "../config/chainmaker_sdk_config_chain2.yml"

# grpc配置
grpc:
  # grpc监听网卡地址
  address: 127.0.0.1
  # grpc监听端口
  port: 12308

# 存储配置，用于配置当前SPV对区块头和交易哈希的存储记录
storage:
  # 存储采用的类型，当前仅支持leveldb类型
  provider: "leveldb"
  # 存储采用leveldb的情况下，对应leveldb的详细配置
  leveldb:
    # leveldb的存储路径
    store_path: "../data/spv_db"
    # leveldb的写入Buffer大小，单位：M
    write_buffer_size: 4
    # leveldb的布隆过滤器的bit长度
    bloom_filter_bits: 10

# 日志配置，用于配置日志的打印
log:
  system:
    # 日志打印级别
    log_level: "INFO"
    # 日志文件路径
    file_path: "../log/spv.log"
    # 日志最长保存时间，单位：天
    max_age: 365
    # 日志滚动时间，单位：小时
    rotation_time: 1
    # 是否展示日志到终端，仅限于调试使用
    log_in_console: false
    # 是否打印颜色日志
    show_color: true

14.4.2. ChainMaker SDK配置文件

  • chainmaker_sdk_config_chain1.yml 配置文件如下：

注意：SDK配置文件中的路径是基于spv二进制文件的相对路径，也可以使用绝对路径，节点地址中的端口是ChainMaker的RPC端口

chain_client:
  # 链ID
  chain_id: "chain1"
  # 组织ID
  org_id: "wx-org1.chainmaker.org"
  # 客户端用户私钥路径
  user_key_file_path: "../config/crypto-config/wx-org1.chainmaker.org/user/client1/client1.tls.key"
  # 客户端用户证书路径
  user_crt_file_path: "../config/crypto-config/wx-org1.chainmaker.org/user/client1/client1.tls.crt"
  # 客户端用户交易签名私钥路径(若未设置，将使用user_key_file_path)
  user_sign_key_file_path: "../config/crypto-config/wx-org1.chainmaker.org/user/client1/client1.sign.key"
  # 客户端用户交易签名证书路径(若未设置，将使用user_crt_file_path)
  user_sign_crt_file_path: "../config/crypto-config/wx-org1.chainmaker.org/user/client1/client1.sign.crt"

  nodes:
    - # 节点地址，格式为：IP:端口，其中端口是ChainMaker的RPC端口
      node_addr: "127.0.0.1:12301"
      # 节点连接数
      conn_cnt: 10
      # RPC连接是否启用双向TLS认证
      enable_tls: true
      # 信任证书池路径
      trust_root_paths:
        - "../config/crypto-config/wx-org1.chainmaker.org/ca"
        - "../config/crypto-config/wx-org2.chainmaker.org/ca"
      # TLS hostname
      tls_host_name: "chainmaker.org"
    - # 节点地址，格式为：IP:端口，其中端口是ChainMaker的RPC端口
      node_addr: "127.0.0.1:12302"
      # 节点连接数
      conn_cnt: 10
      # RPC连接是否启用双向TLS认证
      enable_tls: true
      # 信任证书池路径
      trust_root_paths:
        - "../config/crypto-config/wx-org1.chainmaker.org/ca"
        - "../config/crypto-config/wx-org2.chainmaker.org/ca"
      # TLS hostname
      tls_host_name: "chainmaker.org"

14.5. 接口说明

14.5.1. gRPC接口

  • 独立部署时，提供交易存在性和有效性证明服务的grpc接口

type RpcProverServer interface {
    ValidTransaction(context.Context, *TxValidationInfo) (*TxValidationResponse, error)
}

其中*api.TxValidationInfo结构如下：

type TxValidationInfo struct {
	ChainId      string             // 链ID
	BlockHeight  int64              // 交易所在区块高度
	Index        int32              // 交易索引
	TxKey        string             // 交易ID
	ContractData *ContractData      // 交易调用的合约数据
	Extra        []byte             // 预留扩展字段
}

type ContractData struct {
	ContractName string          // 合约名称
	Version      string          // 合约版本
	Method       string          // 合约方法名
	Params       []*KVPair       // 合约方法参数
	Extra        []byte          // 预留扩展字段
}

type KVPair struct {
	Key   string     // 参数名称
	Value string     // 参数值
}

其中*api.TxValidationResponse结构如下：

type TxValidationResponse struct {
    ChainId string           // 链ID   
    TxKey   string           // 交易ID   
    Code    StatusCode       // 状态码，0表示VALID，有效的交易； 1表示INVALID，无效的交易
    Message string           // 提示信息
}

14.5.2. 内部接口

SPV为了适配更多的链，在实现时进行了接口抽象。因此，在适配不同链时需要对内部接口进行针对性实现。

  • 包装类型接口

// 包装区块的接口
type Blocker interface {
	// 区块头接口
	Header

	// 返回区块头
	GetBlockHeader() Header
}

type Header interface {
	// 返回该区块所在链的链ID
	GetChainId() string

	// 返回该区块的前置区块哈希值
	GetPreHash() []byte

	// 返回该区块中的交易默克尔树根哈希
	GetTxRoot() []byte

	// 返回该区块的高度值
	GetHeight() int64

	// 返回该区块的哈希值
	GetBlockHash() []byte
}

// 包装交易的接口
type Transactioner interface {
	// 返回交易状态码
	GetStatusCode() int32

	// 返回交易哈希值
	GetTransactionHash() ([]byte, error)

	// 返回该交易所调用合约的名称
	GetContractName() (string, error)

	// 返回该交易所调用合约的方法名
	GetMethod() (string, error)

	// 返回该交易所调用合约方法的参数
	GetParams() ([]interface{}, error)
}

  • SDK适配器接口

// 各链sdk需要实现的接口
type SDKAdapter interface {
	// 订阅最新区块
	SubscribeBlock() (chan common.Blocker, error)

	// 查询远端链高度 
	GetChainHeight() (int64, error)

	// 通过高度获取区块
	GetBlockByHeight(blockHeight int64) (common.Blocker, error)

	// 通过交易ID获取交易
	GetTransactionByTxKey(txKey string) (common.Transactioner, error)

	// 获取远端链配置信息
	GetChainConfig() (*protogo.ChainConfig, error)

	// 停止sdk的链接并释放链接资源
	Stop() error
}

  • 编解码接口

// 编解码接口
type Coder interface {
	// 将区块头序列化
	SerializeBlockHeader(header common.Header) ([]byte, error)

	// 反序列化区块头
	DeserializeBlockHeader(serializeBlockHeader []byte) (common.Header, error)

	// 根据区块中的交易生成交易哈希
	GenerateTransactionHashes(blocker common.Blocker) (map[string][]byte, error)
}

  • 验证器接口

// 验证区块有效性接口
type Verifier interface {
	// 验证同步过来的区块的有效性
	ValidBlock(blocker common.Blocker, preBlockHash []byte) error
}

  • 证明器接口

// 交易有效性证明接口
type Prover interface {
	// 验证交易存在性和有效性
	ValidTransaction(txInfo *api.TxValidationInfo, timeout time.Duration) error
}