2019年6月18日，Facebook发布了Libra白皮书及源码，引起了业界的广泛关注与讨论。
这里我们通过分析Libra的源码，探索Libra的各个组件，来了解一下Libra的整体设计与实现。
Libra核心组件
在进入主题之前，我们先对Libra有一个整体的认识：
看过Libra技术白皮书的朋友，应该都记得这张图，下面简单介绍一下这些核心的组件：
?a.AdmissionControl服务：简称AC，翻译过来叫准入控制，可以理解为Libra的网关，将跟用户打交道的接口暴露给用户，例如提交Transaction、获取用户状态等等
?b.Mempool服务：存储未上链交易
?c.Consensus组件：LibraBFT共识组件
?d.VirtualMachine组件：简称VM，运行Move合约的虚拟机
?e.Execution组件：VM的入口，已换成Executor组件
?f.Storage服务：存储所有链上数据
?g.Network组件：上图中隐含了一个Network组件，不论是Node启动还是跟其他节点通信，都需要Network组件。在第一条主线中，我们重点介绍Network组件。
18部门：推动区块链等技术对传统产业进行全链条改造:金色财经报道，工业和信息化部官网消息，工业和信息化部、市场监管总局、中央网信办等18部门近日印发《进一步提高产品、工程和服务质量行动方案（2022—2025年）》，《方案》指出推动利用人工智能、大数据、区块链等技术对传统产业进行全链条改造，鼓励企业发展个性化定制、网络化协同、共享化生产等新模式；推动推动大数据、区块链、云计算等与质量管理融合发展，提升质量精准化控制和在线实时检测能力。[2022/11/23 7:59:43]
注意，上面介绍各个核心组件的时候，我们区分了组件和服务，两者的区别是：组件没有额外监听端口，与node共用同一个端口，而服务会单独监听一个端口，通常是GRPC服务。
Libra设计与实现
Libra涉及的东西比较多，我们从三条线介绍Libra的设计与实现：
通过分析Node启动并加入到Libra网络的过程，介绍Network组件的设计与实现；
围绕Transaction的生命周期，分析其接收交易、打包区块、运行上链的过程，介绍Libra的Mempool、Executor以及Storage、VM等核心组件；
围绕LibraBFT，介绍Consensus组件以及区块达成共识的过程
如果想了解或者使用Libra，我们需要先启动一个节点，并将它加入到网络中。接下来，我们看看第一条主线，了解一下Node的启动以及Network的设计与实现。
CryptoQuant CEO：此次回调是技术性调整，基本面依然强劲:4月23日消息，比特币今日从55000美元上方大幅回落，一度跌破48000美元。CryptoQuant CEO Ki Young Ju发推称，BTC韩国“泡菜溢价”逐渐降温，但市场仍然杠杆过度。他认为此次回调是由于过度杠杆化的多头造成的技术性调整。现在基本面依然强劲。在未来几周市场降温后，BTC价格将上涨。[2021/4/23 20:52:21]
Node启动流程
我们先看一下Node大概的启动流程，主要包含两部分：
生成configLibra的Config的模块中，能构建3种类型的配置文件，分别是validator、faucet、fullnode的配置文件。其中faucet配置是水龙头服务相关的一些配置，通常只有测试网络中第一个validator节点才需要。
启动node
上图中Libra-node用于启动单节点，Libra-swarm用于批量启动多节点。接下来，我们分别看一下这两步的一些实现细节，以及之前的准备工作。
动态 | 超图软件：公司在电子证照业务中使用区块链技术:超图软件(SZ.300036)在互动平台回答投资者提问时表示，目前公司有关区块链+不动产业务的主要方向是在电子证照业务中使用区块链技术，广西的大部分区域已经应用。（新浪财经）[2020/2/10]
准备工作
在一切继续之前，我们先准备需要依赖的环境
?1).获取Libra代码
?gitclone?https://github.com/libra/libra.git
?2).编译和运行环境
?a.建议使用Libra自带的脚本script/dev_setup.sh安装环境依赖
?b.或者自己手动安装rust、cargo、git、pb、go、CMake等工具
?
生成config
?从前面的Node启动流程我们了解到，启动node首先需要生成配置。Libra包含的配置文件比较多，我们来整体看一下配置文件：
不过没有特殊需求的话，需要我们特别注意和关注的配置其实也不算多，主要有：
动态 | 中国人民银行太原中心支行就区块链技术发展进行专题学习:金色财经报道，近期，中国人民银行太原中心支行举办了2019年党委理论学习中心组（扩大）学习专题培训讲座。讲座邀请了武汉大学博士生导师、中国计算机学会区块链专委会常务委员何德彪教授，就区块链的基本概念、核心技术、产业现状和应用发展等几个方面进行了讲解。深入解读了区块链技术的集成应用对于我国技术革新和产业变革以及核心技术自主创新的重要作用。通过本次讲座，参会全体人员重点学习了总书记对区块链技术重要指示精神，对区块链的理论知识和应用场景有了基本认识，对密码学、网络学等关键技术在区块链集成应用中的核心作用有了基本了解，为下一步稳妥推进全省金融行业开展区块链应用工作奠定了基础理论知识。[2019/11/29]
?a.Node的角色分为Validator和FullNode
?b.生成3个秘钥，2个ed25519算法生成，分别用于打包block签名、网络的消息签名，Libra提供了一个generate_keypair工具生成ed25519秘钥(cargorun-pgenerate_keypair–-omint.key)，1个是x25519算法生成，用于标识节点身份
?c.数据存储路径，默认会生成临时路径
?d.network_peers：存放网络中Node的公钥等信息，主要包含网络消息签名的公钥和节点身份的公钥
动态 | 币安将采取“保守”方式推进Venus 优先考虑监管合规而非技术开发:币安表示，在吸取了Libra的教训之后，该交易所将在处理Venus项目时采取不同的做法。币安联合创始人何一在接受采访时称：“如果我们想在一个国家推出Venus，我们将确保其符合规定。” 文章还提到，币安将采取“更为保守”的方式推进该项目，优先考虑监管合规，而非技术开发。币安可能会为Venus创建一个新的开源区块链，而不是使用币安链。币安愿意放弃一些商业利益，以吸引更多的合作伙伴，不过计划尚未最终敲定。（彭博社）[2019/8/30]
?e.seed_peers：当前节点加入网络主动去连接的node的信息
?f.consensus_peers：所有Validator节点的信息，Libra网络是一个许可形网络
?g.各服务的端口以及其他配置，没有特殊要求的话，默认就好
启动Node
连接Libra的测试网络shscripts/cli/start_cli_testnet.sh
自建节点cargorun-plibra-node或者cargorun-plibra-swarm–-s
当前node启动起来之后，会根据seed_peers的配置，去连接相应的node节点，加入到网络中去，如果没有seed_peers则会启动一个单独的网络。接下来，我们深入了解一下Node的Network的一些设计与核心实现。
Network组件
1.Network核心模块
我们整体看一下Network包含哪些模块：
上面中，从下往上看：
?a.MemSocket实现了UNIXdomainsocket的功能，一般用于测试
?b.TcpSocket网络连接
?c.Transport可以理解为MemSocket和TcpSocket的一层抽象，封装了socket的操作
?d.Noise是一种加密协议，前面提到的用于网络消息签名的ed25519私钥，就是作用在这里
?e.Rpc是Libra自己实现的远程过程调用协议，调用方会等待被调用方返回结果
?f.DirectSend从字面理解是直接发送，调用方发送完立即返回，不等待被调用方返回结果
?g.Negotiate可以理解为对Rpc和DirectSend的抽象
?h.MultiStream用于多路复用，使用了yamux协议。通俗的理解就是在同一个Tcp连接上，从逻辑上将每种上层协议封装成一个单独SubStream，以实现多个上层协议共用一个Tcp连接的情况。这一点后面我们还会提到。
以上是Libra的Network组件的一个整体实现，接下来我们介绍一下Libra的协议。
2.Libra的主要协议
上面我们对Network组件有了一个宏观的认识，这里我们介绍一下Libra包含的协议：
上图中，从下往上看：
?a.PeerManager封装了网络连接以及多路复用的操作
?b.Identity协议：前面提到的x25519私钥，就是Identity协议用于标识当前节点的身份，协议会根据节点的Role将Validator网络与Fullnode网络进行隔离
?c.Health协议：定期随机选择一个节点发送探活消息
?d.Discovery协议：每个round从相邻的节点同步节点信息，以发现新节点，可以理解为gossip协议
?e.AdmissionControl协议：只有RPC的实现，Fullnode节点在收到用户提交的Transaction之后，通过AC协议将Transaction转发给Validator节点
?f.Mempool协议：只有DirectSend实现，用于不同的Mempool之间同步Transaction
?g.Consensus协议：包含RPC和DirectSend，用于Validator之间达成共识
?h.StateSynchronizer协议：只有DirectSend实现，不同node之间寻找Block
前面我们提到了多路复用，上面的协议都是通过MultiStream分别开了SubStream，逻辑上把消息协议区分出来。其中Identity、Health、Discovery是所有node都会包含的基本协议，而Consensus是只有Validator节点才会包含的协议。
总结
最开始我们讲了Node启动流程，讲述了config配置需要注意的地方以及node启动的方式和流程。然后我们深入到Network组件，讲了Network的组成模块以及提供的协议能力。我们以单节点为例，将整个启动以及加入网络的过程总结如下图：
其中黄色部分表示在Network的端口是开启了SubStream，添加了相应的协议和协议处理过程；绿色部分部分表示服务或者组件实例化，可以看出Storage和Executor不依赖Network；初始化Discovery协议的时候，节点会去连接seed节点，并且seed节点会验证Identity。以上是节点启动以及加入到网络的大概流程。
相关链接
https://github.com/libra/libra
https://developers.libra.org/docs/the-libra-blockchain-paper
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