Bytom设计结构解读

一、引文

设计Bytom 数据结构，组合了许多技术点，如 patricia tree，utxo， bvm， account model，protobuf，sql，memcache 等。本文会对一些技术点做以下两点分析。

Bytom 为什么要采用该技术点？
Bytom 如何应用该技术点？

最后介绍综合这些技术点如何实现Bytom。

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

二、为什么要采用PAT树？

•PAT树具有[基数树](https://en.wikipedia.org/wiki/Radix_tree) 的特点，内容可快速追踪。

•PAT树具有[merkle树](https://en.wikipedia.org/wiki/Merkle_tree) 的特点，数据可快速证明。

在分布式系统中，一致性和有效性是十分关键的点。bytom采用PAT树，其中的数据可快速证明，可以快速证明每一份状态机是否一致。内容可快速追踪，可以使bytom在每一个快照状态下，快速查找其数据，并检验数据的有效性。

Bytom 如何用PAT树？

Ethereum的PAT树是16叉基数树，分两层，第一层管理的是所有的账户，第二层管理是各账户的存储内容。

Bytom 的PAT树与Ethereum 不同？

Bytom 的PAT树是二叉基数树。
Bytom的PAT树是用来管理未花费的outputs。

三、UTXO

为什么要使用UTXO?

UTXO诞生于比特币，和现实世界的RMB一样，从央行诞生的那一刻起，他流转无数人的账户，但他的价值面额始终和原来一样，这样以币为中心，而不是以人为中心，资产便于监管和统计。Bytom 就是用于资产的发布和管理的，所以，UTXO的这种以资产为中心的设计模式，是很适合Bytom上面的资产管理。

怎么使用UTXO?

相比比特币的UTXO, bytom的UTXO多了三个字段

assertid, 因为bytom是一个多资产发布与管理的平台，所以使用该字段来唯一确定各种资产。
accountid, 这是便于各账户对utxo的索引和管理，bytom 相比bitcoin,引入了账户模型，后面会介绍。
program, 拥有该utxo的账户可以用Ivy语言编写自己想要的程序放在该字段，以便在交易时，图灵完备的BVM会执行该程序。

四、BVM

BVM是在状态机的转化过程被启动运行，也就是excute(transaction)这一步骤。

为什么需要使用BVM?

bitcoin 中的非图灵完备栈式脚本语言，所表达的功能极少，很难实现一些稍微复杂的功能，如verify_spv(跨链锚定验证的功能，如btc_relay），再如简单的去实现multi_lock(M人加密，只要收集N人私钥就能解密，0 < N < M)功能。
ethereum中的evm能简单的用solidity语言编写程序实现这些功能，但EVM过于复杂，它号称超级世界计算机，对于bytom这种只对资产有兴趣的区块链是没必要的。因此bytom不如基于[Chain](https://chain.com/) 公司的能用[Ivy](https://chain.com/docs/1.2/ivy-playground/docs) 高级语言编程的CVM去做自己的扩展，灵活易用。

如何使用BVM?

用户在发送每一笔交易时，可以自己编写自己所需要的程序，等到交易打包进块时，BVM会去执行该代码，由于BVM是图灵完备的虚拟机，所以需要加入feed计价机制（feed 等同于ethereum的gas * gasprice）来解决停机问题。

五、账户模型

为什么要采用账户模型？

账户模型易于管理相关数据，是以人为中心，十分的直观。对于BVM来说，基于账户代码去执行也十分便捷。再者我们引入了资产模型，类似于账户模型，这样易于资产的监管和查询。

bytom怎么去实现账户模型？

bytom 中的账户模型也分两类，但不同于ethereum中的个人帐户和合约账户，它是指资产账户和个人账户。
资产账户：

assetid 是全局唯一的资产识别id。
alias 是资产的别名，可便于记忆，如(gold, silver) 。
vmversion 是为了软分叉时，做到动态过度。
program 是指发布该资产时需要执行的程序。
initialblockhash 是指该资产是在哪个块高度被登记。
signer 管理公私钥对，以便用该资产的私钥签名，只有拥有该资产私钥的人才能发布该资产。
definition 对该资产的解释说明等。

个人账户：

accountid 全局唯一可识别账户id。
alais 帐户名。
signer, 私钥对，用于发送交易。
*utxos 该账户所有的未花费交易的索引，便于快速管理该账户下资产。
program, 该账户发送交易时可插入需要的程序。

综述

UTXO的物理结构，用memcache 存着。UTXO的逻辑结构则是用二叉PAT树来管理。

个人账户根据AccountId 能够快速的索引其相关的utxo。资产账户根据AssetId能够快速的管理相关的utxo。

上图是描述bytom主要数据结构的uml图。

Bytom用PAT树来组织utxo作为世界状态树。

账户模型分两种，资产账户和个人账户，账户可以索引管理其相关的utxo。

UTXO 池会采用如memcache的内存数据库，落盘数据库会选择关系型数据库，数据会选择protobuf来序列化。

在账户做交易时，每个账户都可以从世界状态树去查找选择自己的utxo,并编写自己所需的资产程序，将其做为TxInput。

在交易打包进块时，验证节点会去实例化BVM，并执行该交易中所有TxInput中的程序。