Tendermint: 什么是 ABCI (应用区块链接口)

红太狼 2022-06-10 07:22 175阅读 0赞

区块链应用接口（Application BlockChain Interface，ABCI）允许应用的拜占庭容错复制可以由任意一种编程语言编写。

### Motivation ###

至今为止，所有的区块链“栈”（比如，[比特币][Link 1]）都有着大一统的设计。这就是说，每个区块链栈都是一个单一的程序，这个程序处理了去中心化账本的所有事务。它还包括了 P2P 连接，交易的“内存池”广播，在最新块上的共识，账户余额，图灵完备的合约，用户级别的许可权等。

在计算机科学中，使用大一统的架构，是一个典型的错误实践。这会使得代码重用变得困难，而且如果真的去这么做时，会导致代码库分支的维护变得十分复杂。尤其当代码设计并非模块化时，会产生难以维护的“意大利面条式代码”。

大一统设计的另一个问题是，它限制了区块链栈的语言。比如在以太坊中，它支持一个图灵完备的字节码虚拟机，它限制你必须使用可以编译为那种类型字节码的语言。目前，它所支持的语言是 Serpent 和 Solidity。

相反，我们的方式是从特定区块链应用的应用状态细节中，将共识引擎和 P2P 层分离开来。我们通过将应用细节抽象为一个借口来实现这一点，这个接口被实现为一个 socket 协议。

所以，我们就有了一个接口，应用区块链接口（ABCI），和它的主要实现，Tendermint Socket Protocol (TSP, 或 Teaspoon)。

### Intro to ABCI ###

[Tendermint Core][] （“共识引擎”）通过一个满足 [ABCI][] 标准的 socket 协议与应用进行交流。

举个大家比较熟悉的例子，比特币。比特币是一个加密货币区块链，其中的每个节点维护了一个完全经过审计的 UTXO 数据库。如果有人想要在 ABCI 之上创建一个类似比特币的系统，Tendermint Core 将会负责：

*  在节点间共享区块和交易
 *  建立交易（区块链）的标准/不可变顺序

而应用将会负责：

*  维护 UTXO 数据库
 *  验证交易的加密签名
 *  阻止花费尚未存在的交易
 *  允许客户端查询 UTXO 数据库

Tendermint 能够通过在应用过程和共识过程之间，提供一个非常简单的 API （也就是 ABCI）来分解区块链设计。

ABCI 包含了 3 个主要的消息类型，它们由 core 发送至应用。应用会对消息产生相应的回复。

消息的详细说明在这里：[ABCI 消息类型][ABCI 1]。

`DeliverTx` 消息是应用的主要部分。链中的每笔交易都通过这个消息进行传送。应用需要基于当前状态，应用协议，和交易的加密证书上，去验证接收到 `DeliverTx` 消息的每笔交易，。一个经过验证的交易然后需要去更新应用状态 – 比如通过将绑定一个值到键值存储，或者通过更新 UTXO 数据库。

`CheckTx` 消息类似于 `DeliverTx`，但是它仅用于验证交易。Tendermint Core 的内存池首先通过 `CheckTx` 检验一笔交易的有效性，并且只将有效交易中继到其他节点。比如，一个应用可能会检查在交易中不断增长的序列号，如果序列号过时，`CheckTx` 就会返回一个错误。又或者，他们可能使用一个基于容量的系统，该系统需要对每笔交易重新更新容量。

`Commit` 消息用于计算当前应用状态的一个加密保证（cryptographic commitment），这个加密保证会被放到下一个区块头。这有一些比较方便的属性。现在，更新状态时的不一致性会被认为是区块链的分支，分支会捕获所有的编程错误。这同样也简化了保障轻节点客户端安全的开发，因为 Merkel-hash 证明可以通过在区块哈希上的检查得到验证，区块链哈希由一个 quorum 签署。

一个应用可能有多个 ABCI socket 连接。Tendermint Core 给应用创建了三个 ABCI 连接：一个用于内存池广播时的交易验证，一个用于运行提交区块时的共识引擎，还有一个用于查询应用状态。

很显然，在创建区块链时，应用的设计者需要非常小心地设计他们的消息处理，这个架构提供一个范例。下图阐释了通过 ABCI 的消息流：

![flow of messages via ABCI][]

### A Note on Determinism ###

区块链交易处理的逻辑必须是确定性的。如果应用逻辑不确定，就无法在 Tendermint Core 复制节点间达成共识。

在以太坊上的 Solidity 是用于区块链应用一个非常好的语言选择，除了一些其他因素，它还是一个完全确定性的编程语言。但是，通过使用现有的一些语言，比如 Java，C++，Python 和 Go 也是可以创建确定性应用的。对通过避免非确定性来源创建确定性程序，游戏程序员和区块链开发者都已经很熟悉了，比如：

*  随机数生成器（没有确定性的种子）
 *  线程上的竞争条件（或者避免多线程）
 *  系统时钟
 *  未初始化的内存（在像 C 或者 C++ 这样的不安全语言）
 *  [浮点数算法][Link 2]
 *  随机的语言特性（比如 Go 语言的 map 迭代）

尽管程序员可以通过加倍小心来避免非确定性，但是给每个语言创建一个特殊的语法检查器或静态分析器，用它们来检查确定性也是有可能的。在未来，我们可能会与合作者一起创造出这样的工具。

本文译自：[What is ABCI?][What is ABCI]

[Link 1]: https://github.com/bitcoin/bitcoin
[Tendermint Core]: https://github.com/tendermint/tendermint
[ABCI]: https://github.com/tendermint/abci
[ABCI 1]: https://github.com/tendermint/abci#message-types
[flow of messages via ABCI]: /images/20220610/50b370b4e6a340a6b107d809b8ae8418.png
[Link 2]: http://gafferongames.com/networking-for-game-programmers/floating-point-determinism/
[What is ABCI]: https://tendermint.com/intro/abci-overview