Facebook libra开发者文档- 2 -Libra Protocol: Key Concepts核心概念

Libra Protocol: Key Concepts

https://developers.libra.org/docs/libra-protocol

Libra区块链是一个加密认证的分布式数据库，基于Libra协议。本文简要描述Libra协议的关键概念。有关Libra协议所有元素的详细描述，请参阅Libra区块链技术论文。

Libra区块链由一个由验证器（validator）节点(也称为验证器)组成的分布式网络维护。验证器集体遵循一致协议（consensus protocol），使得区块链中的交易的总顺序达成一致。

Libra测试网（testnet）是Libra区块链软件的早期原型-Libra核心的一个示范。

Transactions and States交易和状态

Libra协议的核心是两个基本概念——交易和状态。在任何时候，区块链都有一个“状态”。状态(或账本状态)表示链上数据的当前快照。执行交易就会更改区块链的当前状态，如下图所示：

Figure1.1表示交易执行时Libra区块链状态的变化。例如，在状态S_N-1下, Alice的Libra余额是110,Bob的Libra是52。当一个交易应用于区块链时，它将生成一个新状态。为了从S_N-1过渡到S_N，交易T_N应用于状态S_N-1。这导致Alice的Libra余额减少了10个Libra，Bob的Libra余额增加了10个Libra。新的状态S_N现在显示了这些更新后的余额。如Figure1.1:

• A和B代表Alice和Bob在区块链中的账户（accounts）。
• S_N-1表示区块链的第(N-1)个状态。
• T_N是在区块链上执行的第n个交易。

1. 在这个例子中，T_N是-“把10个Libra从A的账户转到B的账户的交易。”

• F是一个确定性函数（deterministic function）。对于特定的初始状态和特定的交易，F总是计算返回相同的最终状态。如果区块链的当前状态是S_N-1，并且交易T_N在状态S_N-1上执行，则区块链的新状态总是S_N。
• S_N是区块链的第n个状态。S_N是将F应用于S_N-1和T_N的结果，如上图 S_N = F(S_N-1，T_N)。

Libra协议使用Move语言实现确定性执行函数F。

Transactions交易

Libra区块链的客户（client）提交交易去请求更新账本状态（ ledger state）。在区块链上签名过的交易中的内容包括:

• 发送方地址-交易发送方的帐户地址（account address）。
• 发送方公钥——对应于用于签名交易的私钥的公钥。
• 程序（program）-程序包括以下内容:

1. 一个Move字节码交易脚本，就相当于调用的交易函数的代码。
2. 脚本的可选输入列表，即发送给交易函数的参数。对于点对点交易来说，输入包含关于接收方的信息和传输到接收方的金额。
3. 要发布的Move字节码模块的可选列表

• Gas价格(以microlibra/gas为单位表示)-发送方愿意支付的用来执行交易的每单位gas的价格。gas是支付计算和储存费用的一种方式。gas单位是计算的抽象度量，没有固有的实际价值。
• 最大gas量-每笔交易允许消耗的最大gas数量，超过这个数量，该交易将不能成功执行。
• 序列号——一个无符号整数，必须等于存储在发送方帐户下的序列号，即该发送方已经发送了序列号-1个交易，用户的序列号表示其下一个交易的序列号。
• 过期时间——交易失效后的时间，即如果在该时间内交易还没有上链，该交易将失效，即永不会上链，需要发送方重新发送一笔相同交易。
• 签名-发送方的数字签名，用来证明该交易是该发送方发送的。

交易脚本是一个任意的程序，它对交易的逻辑进行编码，并与Libra区块链分布式数据库中发布的资源（resources）进行交互。

Ledger State账本状态

账本状态，或Libra区块链的全局状态，由区块链中的所有帐户状态组成。要执行交易，每个验证器（validator）必须知道区块链的分布式数据库的最新版本的全局状态。详情可见版本化数据库。

Versioned Database版本化数据库

Libra区块链中的所有数据都保存在一个仅有单一版本的分布式数据库中（即每笔交易得到的最新状态只有一个，不会有两个或多个不同的状态出现）。版本号是一个无符号64位整数，对应于系统执行的交易数。

版本数据库允许验证器（validator）做的事情有:

• 根据最新版本的账本状态（即上面的S_N）执行交易。
• 回答用户（client）关于当前和以前版本的账本历史记录的查询。

Account账户

Libra帐户是Move模块和Move资源（Move resources）的容器。它由一个帐户地址（account address）标识。这基本上意味着每个帐户的状态都由代码和数据组成:

Move模块——包含代码(类型和过程声明)，但不包含数据。该模块的程序编码用于更新区块链的全局状态的规则（即有点像以太坊上某用户发布的存储在账户中的智能合约代码codeHash）。
Move资源——包含数据，但不包含代码。每个资源值都有一个类型，该类型在发布在区块链分布式数据库中的模块中声明（就有点像是以太坊中账户自己交易的状态数据storageRoot）。
帐户可以包含任意数量的Move资源和Move模块。

Account Address账户地址

Libra帐户的地址是256位的值。用户可以使用数字签名来声明地址。帐户地址是用户的公共验证密钥的加密hash后的值。要签署从帐户地址发送的交易，用户(或代表用户的托管用户custodial client)必须使用该帐户对应的私钥进行签署。

Libra的用户可以申请的地址数量没有限制。要索取帐户地址，必须从拥有足够支付创建Libra帐户费用的帐户上发送交易（该交易用于创建账户）。

Proof证明（Merkle树）

Libra区块链中的所有数据都存储在一个仅有单一版本的分布式数据库中。存储（storage）用于对交易块及其执行结果进行持久存储。区块链表示为一个不断增长的交易Merkle树。对于区块链上执行的每个交易，Merkle树后面都附加一个“叶子Leaf”，即Merkle树上的叶节点表示一个交易数据。

• 证明（proof）是一种验证Libra区块链数据真实性的方法。
• 存储在区块链上的每一个操作都可以进行加密验证，从而证明没有遗漏任何数据。例如，如果用户从帐户查询最新的n个交易，则proof将会从查询响应中证实没有遗漏任何交易。

在区块链中，用户不需要信任接收数据的实体。用户可以查询某个帐户余额，询问是否处理了特定的交易，等等。与其他Merkle树一样，账本历史可以提供一个特定交易对象大小为O(log_n)的证明proof（即一个大小为O(log_n)的Merkle树），其中n是处理的交易总数。

Validator Node (Validator)验证节点

Libra区块链的用户创建交易并将它们提交到验证器节点。验证器节点运行一致协议(与其他验证器节点一起)，执行交易，并将交易和执行得到的结果存储在区块链中。验证器节点决定将哪些交易添加到区块链中，以及以何种顺序添加。

验证器节点包含以下逻辑组件:

Admission Control (AC)许可控制

• 许可控制是验证器节点唯一的外部接口。用户向验证器节点发出的任何请求都将首先到达AC。
• AC对请求执行初始检查，以保护验证器节点的其他部分不受损坏或高容量输入的影响。

Mempool内存池

• Mempool是一个缓冲区，它保存状态为“等待waiting”的交易。
• 当向验证器节点的mempool添加新交易时，该验证器节点的mempool与系统中其他验证器的mempool共享该交易。

Consensus共识

• 共识组件负责对交易块进行排序，并通过与网络中的其他验证器节点参与共识协议（consensus protocol），就执行结果达成一致。

Execution执行

• 执行组件使用虚拟机(VM)来执行交易。
• 执行的工作是协调一个交易块的执行，并维护一个可以通过协商一致后进行表决的临时状态，即上面执行完要记录到链上的交易后，会从S_N-1状态得到一个S_N临时状态。
• 执行维护执行结果的内存表示形式，直到协商一致后将块提交到分布式数据库为止，即将临时状态确认为确定状态。

Virtual Machine (VM)虚拟机、

• AC和Mempool使用VM组件对交易执行验证检查。
• VM用于运行包含在交易中的程序并确定结果。

Storage存储

• 存储用于对交易块及其执行结果进行持久存储。

有关每个验证器组件与其他组件交互的信息，请参阅交易的生命周期。