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 為什麼要採用該技術點？
2. Bytom 如何應用該技術點？

最後介紹綜合這些技術點如何實現Bytom。

[patricial tree](http://www.allisons.org/ll/AlgDS/Tree/PATRICIA/)

二、為什麼要採用PAT樹？

•PAT樹具有[基數樹](https://en.wikipedia.org/wiki/Radix_tree) 的特點，內容可快速追蹤。

•PAT樹具有[merkle樹](https://en.wikipedia.org/wiki/Merkle_tree) 的特點，資料可快速證明。

在分散式系統中，一致性和有效性是十分關鍵的點。bytom採用PAT樹，其中的資料可快速證明，可以快速證明每一份狀態機是否一致。內容可快速追蹤，可以使bytom在每一個快照狀態下，快速查詢其資料，並檢驗資料的有效性。

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儲存內容。

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。

三、UTXO

為什麼要使用UTXO?

UTXO誕生於比特幣，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，這樣以幣為中心，而不是以人為中心，資產便於監管和統計。Bytom 就是用於資產的釋出和管理的，所以，UTXO的這種以資產為中心的設計模式，是很適合Bytom上面的資產管理。

怎麼使用UTXO?

相比比特幣的UTXO, bytom的UTXO多了三個欄位

1. assertid, 因為bytom是一個多資產釋出與管理的平臺，所以使用該欄位來唯一確定各種資產。
2. accountid, 這是便於各賬戶對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欄位，以便在交易時，圖靈完備的BVM會執行該程式。

四、BVM

BVM是在狀態機的轉化過程被啟動執行，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指令碼語言，所表達的功能極少，很難實現一些稍微複雜的功能，如verify_spv(跨鏈錨定驗證的功能，如btc_relay），再如簡單的去實現multi_lock(M人加密，只要收集N人私鑰就能解密，0 < N < M)功能。
ethereum中的evm能簡單的用solidity語言編寫程式實現這些功能，但EVM過於複雜，它號稱超級世界計算機，對於bytom這種只對資產有興趣的區塊鏈是沒必要的。因此bytom不如基於[Chain](https://chain.com/) 公司的能用[Ivy](https://chain.com/docs/1.2/ivy-playground/docs) 高階語言程式設計的CVM去做自己的擴充套件，靈活易用。

如何使用BVM?

使用者在傳送每一筆交易時，可以自己編寫自己所需要的程式，等到交易打包進塊時，BVM會去執行該程式碼，由於BVM是圖靈完備的虛擬機器，所以需要加入feed計價機制（feed 等同於ethereum的gas * gasprice）來解決停機問題。

五、賬戶模型

為什麼要採用賬戶模型？

賬戶模型易於管理相關資料，是以人為中心，十分的直觀。對於BVM來說，基於賬戶程式碼去執行也十分便捷。再者我們引入了資產模型，類似於賬戶模型，這樣易於資產的監管和查詢。

bytom怎麼去實現賬戶模型？

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

1. assetid 是全域性唯一的資產識別id。
2. alias 是資產的別名，可便於記憶，如(gold, silver) 。
3. vmversion 是為了軟分叉時，做到動態過度。
4. program 是指釋出該資產時需要執行的程式。
5. initialblockhash 是指該資產是在哪個塊高度被登記。
6. signer 管理公私鑰對，以便用該資產的私鑰簽名，只有擁有該資產私鑰的人才能釋出該資產。
7. definition 對該資產的解釋說明等。

個人賬戶：

1. accountid 全域性唯一可識別賬戶id。
2. alais 帳戶名。
3. signer, 私鑰對，用於傳送交易。
4. *utxos 該賬戶所有的未花費交易的索引，便於快速管理該賬戶下資產。
5. program, 該賬戶傳送交易時可插入需要的程式。

綜述

UTXO的物理結構，用memcache 存著。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。資產賬戶根據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作為世界狀態樹。

賬戶模型分兩種，資產賬戶和個人賬戶，賬戶可以索引管理其相關的utxo。

UTXO 池會採用如memcache的記憶體資料庫，落盤資料庫會選擇關係型資料庫，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態樹去查詢選擇自己的utxo,並編寫自己所需的資產程式，將其做為TxInput。

在交易打包進塊時，驗證節點會去例項化BVM，並執行該交易中所有TxInput中的程式。