区块就是交易的集合，公链链或者联盟链将交易打包成区块以后会进行持久化存储。

看一下经典的以太坊区块结构。

从上图可以看到，区块由两部分组成，分别是区块头（header）和区块体（body）两部分。

区块头（header）

区块头存储了区块的元信息，用来对区块内容进行一些标识，校验，说明等。区块头里字段分为两部分区块头和区块体。

通用字段
  • ParentHash： 父区块的哈希值。
  • Root：世界状态的哈希，stateDB的RLP编码后的哈希值。
  • TxHash（transaction root hash）：交易字典树的根哈希，由本区块所有交易的交易哈希算出。
  • ReceptHash：收据树的哈希。
  • Time：区块产生出来的Unix时间戳。
  • Number：区块号。
  • Bloom：布隆过滤器，快速定位日志是否在这个区块中。
公链场景
  • Coinbase：挖出这个块的矿工地址，因为挖出块所奖励的ETH就会发放到这个地址。
  • Difficulty：当前工作量证明（Pow）算法的复杂度。
  • GasLimit: 每个区块Gas的消耗上线。
  • GasUsed：当前区块所有交易使用的Gas之和。
  • MixDigest: 挖矿得到的Pow算法证明的摘要，也就是挖矿的工作量证明。
  • nonce：挖矿找到的满足条件的值。
  • Uncle：叔块是和以太坊的共识算法相关。

一般而言一个类以太坊的联盟链是需要上面介绍的通用字段的，但是也不绝对，还可能与选择的共识算法，隐私保护策略，设计偏好有关。

区块体（Body）

区块体包括这个区块打包的所有交易，在一些链的设计中，并不像以太坊区分header和body，而是整合在一起。

区块存储

以太坊在存储区块的时候，区块头和区块体其实是分开存储的，其实也很容易理解，分开存储可以提供更多的灵活性，比如不用保存全部区块数据的轻节点。

区块头存储

以太坊通过如下方式将区块头转换成键值对存储在LevelDB中；

1
2
3
headerPrefix + num + hash  -> rlp(header)
Tips: num是以大端序的形式转换成bytes的，其中headerPrefix的值是 []byte("h")

区块体存储

区块体的存储方式也是类似；

1
2
3
bodyPrefix + num + hash -> rlp(block)
Tips: num是以大端序的形式转换成bytes的，其中bodyPrefix的值是[]byte("b")

潜在问题

假设在一个联盟链的场景下，采用了BFT类的算法，有一个重量级的业务跑在上面，日积月累产生了大量的数据，是否会出现LevelDB的读写性能大幅下降拖慢系统的响应速度？单机存储无法满足需要？存储了大量的不会使用的历史数据？

在联盟链的场景下，由于共识速度的提升，导致出块速度也大幅提升，原本在公链场景下不存在的区块写入瓶颈，现在反而成了拖慢系统运行速度的重要因素了。

观察一下区块数据的存储就可以发现下面的这些特点；

  • 区块数据只会增加；
  • 无需对历史区块进行修改；
  • 无需对区块数据进行复杂操作，比如聚合，运算等；

归纳一下就是顺序写，随机读和迭代（Iterator），针对这些特点Hyperledger Fabric设计了基于文件的存储方式，在Fabric中区块数据是以一个个文件的形式存在。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
chains
  |----mychannel
  |----|----blockfile_000000
index
  |----000001.log
  |----CURRENT
  |----LOCK
  |----LOG
  |----MANIFEST-000000

其中blockfile_000000是区块数据，index则是索引游标等元信息，这种方式速度很快，方便做数据归档，也可以避免像LevelDB等数据库数据越写越慢的问题，主流联盟链都是采用类似的方案。