Bytom設計結構解讀

1、引文

設計Bytom 數據結構，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作如下兩點分析。

1. Bytom 爲何要採用該技術點？
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/)

2、爲何要採用PAT樹？

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

•PAT樹具備[merkle樹](https://en.wikipedia.org/wiki... 的特色，數據可快速證實。

在分佈式系統中，一致性和有效性是十分關鍵的點。bytom採用PAT樹，其中的數據可快速證實，能夠快速證實每一份狀態機是否一致。內容可快速追蹤，可使bytom在每個快照狀態下，快速查找其數據，並檢驗數據的有效性。

Bytom 如何用PAT樹？

Ethereum的PAT樹是16叉基數樹，分兩層，第一層管理的是全部的帳戶，第二層管理是各帳戶的存儲內容。

Bytom 的PAT樹與Ethereum 不一樣？

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。

3、UTXO

爲何要使用UTXO?

UTXO誕生於比特幣，和現實世界的RMB同樣，從央行誕生的那一刻起，他流轉無數人的帳戶，但他的價值面額始終和原來同樣，這樣以幣爲中心，而不是以人爲中心，資產便於監管和統計。Bytom 就是用於資產的發佈和管理的，因此，UTXO的這種以資產爲中心的設計模式，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多了三個字段

1. assertid, 由於bytom是一個多資產發佈與管理的平臺，因此使用該字段來惟一肯定各類資產。
2. accountid, 這是便於各帳戶對utxo的索引和管理，bytom 相比bitcoin,引入了帳戶模型，後面會介紹。
3. program, 擁有該utxo的帳戶能夠用Ivy語言編寫本身想要的程序放在該字段，以便在交易時，圖靈完備的BVM會執行該程序。

4、BVM

BVM是在狀態機的轉化過程被啓動運行，也就是excute(transaction)這一步驟。

爲何須要使用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語言編寫程序實現這些功能，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不必的。所以bytom不如基於[Chain](https://chain.com/) 公司的能用[Ivy](https://chain.com/docs/1.2/ivy-playground/docs) 高級語言編程的CVM去作本身的擴展，靈活易用。

如何使用BVM?

用戶在發送每一筆交易時，能夠本身編寫本身所須要的程序，等到交易打包進塊時，BVM會去執行該代碼，因爲BVM是圖靈完備的虛擬機，因此須要加入feed計價機制（feed 等同於ethereum的gas * gasprice）來解決停機問題。

5、帳戶模型

爲何要採用帳戶模型？

帳戶模型易於管理相關數據，是以人爲中心，十分的直觀。對於BVM來講，基於帳戶代碼去執行也十分便捷。再者咱們引入了資產模型，相似於帳戶模型，這樣易於資產的監管和查詢。

bytom怎麼去實現帳戶模型？

bytom 中的帳戶模型也分兩類，但不一樣於ethereum中的我的賬戶和合約帳戶， 它是指資產帳戶和我的帳戶。
資產帳戶：

1. assetid 是全局惟一的資產識別id。
2. alias 是資產的別名，可便於記憶，如(gold, silver) 。
3. vmversion 是爲了軟分叉時，作到動態過分。
4. program 是指發佈該資產時須要執行的程序。
5. initialblockhash 是指該資產是在哪一個塊高度被登記。
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發佈該資產。
7. definition 對該資產的解釋說明等。

我的帳戶：

1. accountid 全局惟一可識別帳戶id。
2. alais 賬戶名。
3. signer, 私鑰對，用於發送交易。
4. *utxos 該帳戶全部的未花費交易的索引，便於快速管理該帳戶下資產。
5. program, 該帳戶發送交易時可插入須要的程序。

綜述

UTXO的物理結構，用memcache 存着。UTXO的邏輯結構則是用二叉PAT樹來管理。

我的帳戶 根據AccountId 可以快速的索引其相關的utxo。資產帳戶根據AssetId可以快速的管理相關的utxo。

上圖是描述bytom主要數據結構的uml圖。

Bytom用PAT樹來組織utxo做爲世界狀態樹。

帳戶模型分兩種，資產帳戶和我的帳戶，帳戶能夠索引管理其相關的utxo。

UTXO 池會採用如memcache的內存數據庫，落盤數據庫會選擇關係型數據庫，數據會選擇protobuf來序列化。

在帳戶作交易時，每一個帳戶均可以從世界狀態樹去查找選擇本身的utxo,並編寫本身所需的資產程序，將其作爲TxInput。

在交易打包進塊時，驗證節點會去實例化BVM，並執行該交易中全部TxInput中的程序。