区块链UTXO集源码分析

资源

go实现区块链

前提

在未实现UTXO集之前，假设系统需要查询某个钱包地址的余额，系统需要遍历区块链的所有区块，当区块链非常长时，这种做法的成本太高了。

UTXO集是未花费交易输出的集合，它存储区块链中所有未花费交易输出。在实现UTXO集后，系统只需要遍历UTXO集就可以得到某个钱包地址的余额（或者其他操作）。

它的结构体如下：

// UTXOSet represents UTXO set
type UTXOSet struct {Blockchain *Blockchain
}

可以看到，UTXOSet的结构体中有一个区块链的指针，实际上我们需要通过这个区块链的指针来获得数据库连接（因为UTXO集合的内容是存储在数据库中的）。

源码分析

Reindex

下面是UTXOSet的Reindex方法，该方法将为区块链中所有的未花费交易输出建立Key-Value的索引。（其中，Key是交易的ID，Value是该交易ID下未花费交易输出的集合）

func (u UTXOSet) Reindex() {db := u.Blockchain.dbbucketName := []byte(utxoBucket)err := db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {err := tx.DeleteBucket(bucketName)_, err = tx.CreateBucket(bucketName)})UTXO := u.Blockchain.FindUTXO()err = db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {b := tx.Bucket(bucketName)for txID, outs := range UTXO {key, err := hex.DecodeString(txID)err = b.Put(key, outs.Serialize())}})
}

FindSpendableOutputs

FindSpendableOutputs这个方法是在发币的时候调用的，代码的逻辑比较清晰直接看源码即可。

func (u UTXOSet) FindSpendableOutputs(pubkeyHash []byte, amount int) (int, map[string][]int) {unspentOutputs := make(map[string][]int)accumulated := 0db := u.Blockchain.dberr := db.View(func(tx *bolt.Tx) error {b := tx.Bucket([]byte(utxoBucket))c := b.Cursor()for k, v := c.First(); k != nil; k, v = c.Next() {txID := hex.EncodeToString(k)outs := DeserializeOutputs(v)for outIdx, out := range outs.Outputs {if out.IsLockedWithKey(pubkeyHash) && accumulated < amount {accumulated += out.ValueunspentOutputs[txID] = append(unspentOutputs[txID], outIdx)}}}})return accumulated, unspentOutputs
}

FindUTXO

FindUTXO方法用来查询指定钱包地址的余额，它是通过遍历UTXO集的方式来完成余额查询的，代码的逻辑比较清晰直接看源码即可。

func (u UTXOSet) FindUTXO(pubKeyHash []byte) []TXOutput {var UTXOs []TXOutputdb := u.Blockchain.dberr := db.View(func(tx *bolt.Tx) error {b := tx.Bucket([]byte(utxoBucket))c := b.Cursor()for k, v := c.First(); k != nil; k, v = c.Next() {outs := DeserializeOutputs(v)for _, out := range outs.Outputs {if out.IsLockedWithKey(pubKeyHash) {UTXOs = append(UTXOs, out)}}}return nil})return UTXOs
}

Update

Update方法是用来更新UTXO集的，这个方法在新区块上链后被调用，以保证区块链和UTXO的数据同步更新。

func (cli *CLI) send(from, to string, amount int) {...newBlock := bc.MineBlock(txs)UTXOSet.Update(newBlock)
}

Update方法的执行步骤可分为两步：

将被交易输入中引用的未花费交易输出从UTXO集中删除
将新产生的交易输出更新到UTXO集中

func (u UTXOSet) Update(block *Block) {db := u.Blockchain.dberr := db.Update(func(tx *bolt.Tx) error {b := tx.Bucket([]byte(utxoBucket))for _, tx := range block.Transactions {if tx.IsCoinbase() == false {for _, vin := range tx.Vin {updatedOuts := TXOutputs{}outsBytes := b.Get(vin.Txid)outs := DeserializeOutputs(outsBytes)for outIdx, out := range outs.Outputs {if outIdx != vin.Vout {updatedOuts.Outputs = append(updatedOuts.Outputs, out)}}if len(updatedOuts.Outputs) == 0 {err := b.Delete(vin.Txid)} else {err := b.Put(vin.Txid, updatedOuts.Serialize())}}}newOutputs := TXOutputs{}for _, out := range tx.Vout {newOutputs.Outputs = append(newOutputs.Outputs, out)}err := b.Put(tx.ID, newOutputs.Serialize())}})
}

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