0x00 为啥要读

如果说是在18年以前阅读比特币代码, 是价值投资的基本操作, 那今年再去做这个事, 绝逼是信仰了。比特币作为虚拟货币的开山鼻祖, 运行至今近10年, 在没有中心化结构的运营下, 几乎没有出现过重大事故, 相信BAT的产品也不敢吹这牛逼吧, 所以作为技术人员读一读比特币代码是修炼内功的绝佳选择。由于比特币代码相比于我们之前所研发的C(B)/S结构不同, 理解起来总会有一些吃力, 如果能有一群持有共同信仰的朋友在一起互开脑洞, 共同勉励, 那更是一件美妙的事情。机缘巧合认识到国内第一批研读比特币代码的大神@菜菜子, 经过几次沟通, 大家就决定共同去分析研读比特币的代码, 将来有可能是以太坊, 甚至更多！

0x01 阅读思路

按照我以前的习惯, 如果想去学习一门技术, 那首先要去学会使用这门技术。话说学习使用比特币成本还是蛮大的, 按照今天的行情BTC一枚也要4W多人民币。不过没有关系, 我们还有很多其他的山寨币, 操作起来也都是大同小异。利用3个月的时间, 我从交易所到钱包, 从公链到侧链, 从炒币到各种DAPP几乎都玩了一遍。这个时候再去学习区块链的技术, 知道自己该如何做信息过滤了, 身边的同仁也会越来越多, 遇到问题的时候, 解决起来也就得心应手了。
在开始阅读代码之前, 《比特币白皮书》和《精通比特币》这两份材料是必须要读的, 对, 必须。即使读不懂也没关系, 至少从宏观上对比特币的技术有个大致的了解, 脑子里有区块链模糊的样子, 这是很重要的, 如果一开始就从某个技术细节入手, 比如密码学, P2P, 很容易就走进一个死胡同, 最后无疾而终。

0x02 环境搭建

工欲善其事, 必先利其器。首先我们先选个版本, 我用的是Bitcoin Core Daemon version v0.16.99.0-b1dc39d。在开始研读代码之前, 我们先把环境搭好。由于常年在Windows下面做开发, 我尝试过搭建bitcoin的windows环境, 网上也能搜索到教程, 但我不推荐大家去这么做, 因为这是一个巨坑, 详细就不多赘述了。我选择的系统环境是Ubuntu 14.04 Server LTS, 我不太喜欢用桌面版。具体搭建的教程在互联网上能搜到@菜菜子的教程, 讲的很详细, 一步一步做下去就是了。IDE我尝试过几个, sublime, vscode, 甚至Idea, 我觉得都不够好用, 最主要的是对“代码引用”这个功能支持的不好, 最后只好祭出了江湖杀器Visual Stuio, 但VS导入文件夹的功能不是很友好, 只好自己先去Create Filter, 然后再导入文件。最后我想强调一点的是关于代码的调试, 可能很多朋友喜欢用Log调试, 我个人还是喜欢debug, 我用的是gdb, 不过要注意的是, 在make文件之前要修改所有目录下的makefile, 把编译的优化禁止掉, 也就是把g++的编译选项-O2改成-O0, 这样就能跟踪代码的完整的执行流程了。

0x03 目录结构&数据结构

整个的项目的目录结构可以参考下图(图片来源于互联网)

读了一下前辈的研读代码, 基本都是从函数入口进行介绍的, 是基于函数跳转分析的, 也就是我们平时调试的callstack。我研读的方式稍有不同, 我是从整个比特币的数据结构入手的。我们都知道比特币代码是基于区块链技术的, 脑子里都有链表这样的一个概念, 一环一环利用指针依次连接起来。如果我们知道每个节点里的数据结构, 甚至是内存布局, 然后再去分析每个数据结构在代码中扮演的角色, 各个数据结构之间的组织方式, 是Has-A, 还是Is-A, 按照这个思路去阅读代码, 就轻松愉悦加开心了。
首先来分析chain.h和chain.cpp这两个文件, 里面包含了这样的类。

CBlockIndex
CDiskBlockIndex
CChain

类的关系成员变量及关系图如下:

CChain类就更为简单, 只有std::vector< CBlockIndex* > vChain这1个成员变量, 也就是说区块链在内存中是CBlockIndex指针集合, 各个指针之间又通过成员变量pprev和pnex来进行相互连接。呃, 为嘛不是直接保存一个pRoot或是pHead指针？

再来分析block.h和block.cpp这两个文件, 里面包含如下几个类。

CBlockHeader
CBlock
CBlockLocator

类的关系成员变量及关系图如下:

从上面的分析可以看出CBlockIndex是Block的内存索引, Block的详细数据是懒加载(lazy-load), 只有在使用的时候才会用硬盘数据读取。Block在硬盘序列化的数据除了类里的成员变量之外, 还有一些额外的数据如下图所示, 看到这些是不是很眼熟, 在刚开始接触windows PE文件的时候, 思路和这个也是类似的。

有网友总结出来的更简单粗暴的图, 如下(图片来源于互联网), 这个图, 我很喜欢, 哈哈哈。原图有损, 先来2张占位

0x04 总结

本开篇小节主要讲述了研读BTC代码的动机和方法, 立Flag去做一件事情可能会很简单, 但能坚持下来是一件很不容易的事情, 由于本人能力有限, 文中有描述不当的地方, 还请大家多多包涵。下一小节, 主要讲交易的数据结构, See u then!

原文引自: https://bbs.pediy.com/thread-246282.htm

作者: Hefe