以太坊挖矿(PoW)流程

配合代码食用(Geth v1.9.0 stable)

以太坊目前有ethash和clique两个共识引擎,其中ethash是用于正式网络的PoW(proof-of-work)共识引擎,clique是用于测试网络的PoA(proof-of-authority)共识引擎

代码流程

1.eth/backend.go

New方法创建Ethereum对象时,会调用miner.New方法创建矿工对象,作为Ethereum的一个字段
Ethereum.StartMining方法会根据给定的cpu线程数开启挖矿Ethereum.miner.Start

2.miner/miner.go

Miner,矿工类型,其字段包括worker(执行挖矿工作),eth(所关联的以太坊节点),engine(共识引擎)等
New方法会创建Miner对象,并开启协程go miner.update()处理downloader同步相关事件(在同步开始时停止挖矿,在同步结束或失败后重新开始挖矿)和退出事件
Miner.Start方法会调用Miner.worker.start开始挖矿

3.miner/worker.go

worker,负责提交新的工作(new work)给共识引擎(进行hash运算或其他方式得到满足条件的block)并收集打包好的block
newWorker方法,创建worker并协程启动四个loop：
- go worker.newWorkLoop(recommit)
  - startCh收到挖矿开始信号,移除pendingTasks中过时的task,提交新的挖矿任务请求(发送newWorkReq到newWorkCh)
  - chainHeadCh收到ChainHeadEvent,移除pendingTasks中过时的task,提交新的挖矿任务请求
  - <-timer.C,default流程,判断如果正在挖矿则重新提交挖矿工作(周期性地拉取价格更高的交易)
  - exitCh收到退出信号,return
- go worker.mainLoop()
  - newWorkCh收到的新的挖矿任务请求(newWorkReq),执行worker.commitNewWork提交新的task(发送task到taskCh)
  - chainSideCh收到ChainSideEvent,在叔区块未知/正在挖矿/当前叔区块数小于2时,添加该叔区块并执行worker.commit提交新的task
  - txsCh收到NewTxsEvent时,判断如果不在挖矿,执行worker.commitTransactions处理交易并更新快照,否则不做操作
  - exitCh收到退出信号或txsSub/chainHeadSub/chainSideSub收到Error,return
- go worker.taskLoop()
  - taskCh收到commit方法中提交的task(receipts,state,block,createdAt),将task加入pendingTasks中,并调用worker.engine.Seal方法进行hash运算直到找到一个nonce使得区块的难度值满足要求(即挖矿成功)
  - exitCh收到退出信号,return
- go worker.resultLoop()
  - resultCh收到共识引擎找到nonce后发送的block：
    - 删除pendingTasks中的记录
    - worker.chain.WriteBlockWithState(block, receipts, task.state)提交block,receipts和state到数据库
    - 广播block(NewMinedBlockEvent{Block: block})
    - 广播链的插入事件(ChainEvent{Block: block, Hash: block.Hash(), Logs: logs}, ChainHeadEvent{Block: block})
    - 将block插入unconfirmed以进行后续的确认
  - exitCh收到退出信号,return
worker.commitNewWork具体逻辑：
- 判断时间戳,要保证timestamp大于上一个块的时间戳,如果timestamp>now+1要等待避免timestamp太超前
- 构造Header对象
- 调用worker.engine.Prepare方法,根据parent计算难度值给header的Difficulty字段赋值
- 提交叔区块
- 取出交易池pending中的交易并执行worker.commitTransactions,该方法提交交易给evm执行并更新状态
- 调用worker.commit方法
worker.commit具体逻辑：
- 调用worker.engine.Finalize方法,该方法给矿工计算并加上矿工奖励,计算header.Root并赋值,返回最终定稿的block
- 判断如果在挖矿,提交新的task(发送task到taskCh)

4.consensus/ethash/sealer.go

Ethash.Seal方法,核心逻辑是调用Ethash.mine方法,一直做hash运算直到符合难度值要求,把挖出的block放入worker.resultCh,在worker.resultLoop中处理

流程总结

worker：

newWorkLoop：发送newWorkReq到newWorkCh
mainLoop：newWorkCh收到newWorkReq,发送task到taskCh
taskLoop：taskCh收到task,worker.engine.Seal进行hash运算

consensus：

hash解题成功,发送block到worker.resultCh

worker：

resultLoop：resultCh收到block,广播和写入

最后编辑于：2019.07.24 22:00:22