Bytom設計結構解讀

一、引文

設計Bytom 資料結構，組合了許多技術點，如 patricia tree，utxo， bvm， account model，protobuf，sql，memcache 等。本文會對一些技術點做以下兩點分析。

1. Bytom 為什麼要采用該技術點？
2. Bytom 如何應用該技術點？

最後介紹綜合這些技術點如何實作Bytom。

[patricial tree](

http://www.allisons.org/ll/AlgDS/Tree/PATRICIA/

)

二、為什麼要采用PAT樹？

•PAT樹具有[基數樹](

https://en.wikipedia.org/wiki/Radix_tree)

的特點，内容可快速追蹤。

•PAT樹具有[merkle樹](

https://en.wikipedia.org/wiki/Merkle_tree)

的特點，資料可快速證明。

在分布式系統中，一緻性和有效性是十分關鍵的點。bytom采用PAT樹，其中的資料可快速證明，可以快速證明每一份狀态機是否一緻。内容可快速追蹤，可以使bytom在每一個快照狀态下，快速查找其資料，并檢驗資料的有效性。

Bytom 如何用PAT樹？

Ethereum的PAT樹是16叉基數樹，分兩層，第一層管理的是所有的賬戶，第二層管理是各賬戶的存儲内容。

Bytom 的PAT樹與Ethereum 不同？

1.  Bytom 的PAT樹是二叉基數樹。
2.  Bytom的PAT樹是用來管理未花費的outputs。

http://cdn.8btc.com/wp-content/uploads/2017/06/bytom_pat.png

三、UTXO

為什麼要使用UTXO?

UTXO誕生于比特币，和現實世界的RMB一樣，從央行誕生的那一刻起，他流轉無數人的賬戶，但他的價值面額始終和原來一樣，這樣以币為中心，而不是以人為中心，資産便于監管和統計。Bytom 就是用于資産的釋出和管理的，是以，UTXO的這種以資産為中心的設計模式，是很适合Bytom上面的資産管理。

http://cdn.8btc.com/wp-content/uploads/2017/06/utxo_structure1.png

怎麼使用UTXO?

相比比特币的UTXO, bytom的UTXO多了三個字段

1. assertid, 因為bytom是一個多資産釋出與管理的平台，是以使用該字段來唯一确定各種資産。
2. accountid, 這是便于各賬戶對utxo的索引和管理，bytom 相比bitcoin,引入了賬戶模型，後面會介紹。
3. program, 擁有該utxo的賬戶可以用Ivy語言編寫自己想要的程式放在該字段，以便在交易時，圖靈完備的BVM會執行該程式。

四、BVM

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BVM是在狀态機的轉化過程被啟動運作，也就是excute(transaction)這一步驟。

為什麼需要使用BVM?

bitcoin 中的非圖靈完備棧式腳本語言，所表達的功能極少，很難實作一些稍微複雜的功能，如verify_spv(跨鍊錨定驗證的功能，如btc_relay），再如簡單的去實作multi_lock(M人加密，隻要收集N人私鑰就能解密，0 < N < M)功能。

ethereum中的evm能簡單的用solidity語言編寫程式實作這些功能，但EVM過于複雜，它号稱超級世界計算機，對于bytom這種隻對資産有興趣的區塊鍊是沒必要的。是以bytom不如基于[Chain](

https://chain.com/

) 公司的能用[Ivy](

https://chain.com/docs/1.2/ivy-playground/docs

) 進階語言程式設計的CVM去做自己的擴充，靈活易用。

如何使用BVM?

使用者在發送每一筆交易時，可以自己編寫自己所需要的程式，等到交易打包進塊時，BVM會去執行該代碼，由于BVM是圖靈完備的虛拟機，是以需要加入feed計價機制（feed 等同于ethereum的gas * gasprice）來解決停機問題。

五、賬戶模型

為什麼要采用賬戶模型？

賬戶模型易于管理相關資料，是以人為中心，十分的直覺。對于BVM來說，基于賬戶代碼去執行也十分便捷。再者我們引入了資産模型，類似于賬戶模型，這樣易于資産的監管和查詢。

bytom怎麼去實作賬戶模型？

bytom 中的賬戶模型也分兩類，但不同于ethereum中的個人帳戶和合約賬戶， 它是指資産賬戶和個人賬戶。

資産賬戶：

1. assetid 是全局唯一的資産識别id。
2. alias 是資産的别名，可便于記憶，如(gold, silver) 。
3. vmversion 是為了軟分叉時，做到動态過度。
4. program 是指釋出該資産時需要執行的程式。
5. initialblockhash 是指該資産是在哪個塊高度被登記。
6. signer 管理公私鑰對，以便用該資産的私鑰簽名，隻有擁有該資産私鑰的人才能釋出該資産。
7. definition 對該資産的解釋說明等。

個人賬戶：

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1. accountid 全局唯一可識别賬戶id。
2. alais 帳戶名。
3. signer, 私鑰對，用于發送交易。
4. *utxos 該賬戶所有的未花費交易的索引，便于快速管理該賬戶下資産。
5. program, 該賬戶發送交易時可插入需要的程式。

綜述

UTXO的實體結構，用memcache 存着。UTXO的邏輯結構則是用二叉PAT樹來管理。

個人賬戶 根據AccountId 能夠快速的索引其相關的utxo。資産賬戶根據AssetId能夠快速的管理相關的utxo。

上圖是描述bytom主要資料結構的uml圖。

Bytom用PAT樹來組織utxo作為世界狀态樹。

賬戶模型分兩種，資産賬戶和個人賬戶，賬戶可以索引管理其相關的utxo。

UTXO 池會采用如memcache的記憶體資料庫，落盤資料庫會選擇關系型資料庫，資料會選擇protobuf來序列化。

在賬戶做交易時，每個賬戶都可以從世界狀态樹去查找選擇自己的utxo,并編寫自己所需的資産程式，将其做為TxInput。

在交易打包進塊時，驗證節點會去執行個體化BVM，并執行該交易中所有TxInput中的程式。