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。
声音 | 民生银行研究院院长：正在研发基于区块链和数字科技技术:中国民生银行研究院院长黄剑辉表示，我们正在研发基于区块链和数字科技技术，准备在2020年我国的信贷市场推出“淘宝、滴滴”类似的数字化平台，在资本市场推出让民众像打车和买东西一样快捷便利的推出数字化的资本市场，在全球有些率先在我们国家诞生数字化的大型资本市场，让广大的民企都能快速、便捷的像打车一样的上市，让民众能够很安全的从全球买优质的资产来实现财富的增长。（新浪财经）[2020/1/13]
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。
Node启动流程
声音 | 中电兴发：核心技术点包含区块链技术的应用:中电兴发[002298]被问及“公司有没有区块链技术”时表示，“区块链技术本质是去中心化且寓于分布式结构的数据存储、传输和证明的方法。它密切相关的技术主要聚焦在分布式存储以及基于密码学的加密算法，是一种区块链应用的计算机技术，公司的技术积累就包含分布式计算和分布式存储方向，是区块链应用比较核心的技术点。”（互动易）[2019/11/1]
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
声音 | 中信银行前行长朱小黄：目前要降低对区块链技术的期望值:据中国经营报消息，12月11日，中信银行前行长朱小黄在2018(第十届)卓越竞争力金融峰会上表示，目前要降低对区块链技术的期望值。从全球区块链技术来看，运用率还是比较低的，发展的速度很快。区块链未来在银行科技运用上会是一个主要技术，尤其是支付领域，但是去中心化是一个生态建设，不可能短时间内实现。区块链技术运用需要场景的提供，场景方面也不是那么容易找到的。另外，区块链技术在运用上要进行风险评估，没有准确的风险评估也会是一个很大的问题。[2018/12/12]
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。
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：
声音 | 蔡维德：当前的区块链技术有五个问题亟待解决:据洞察网报道，中组部“千人计划”特聘教授，北航数字社会与区块链实验室主任蔡维德近日表示，当前的链技术还有五个问题：弱链(刘关张协议)；伪链(中心链)，美国原创，中国山寨；可靠性；分片技术如果没有成熟，就是紧缩性；PFMI。如果这五个问题不解决，区块链就没有办法进入主流社会。[2018/9/17]
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：
?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
?e.seed_peers：当前节点加入网络主动去连接的node的信息
动态 | 阿布扎比与技术服务公司合作计划建立区块链中心:阿布扎比的经济发展部和阿拉伯联合酋长国的端到端技术服务公司Algorythma于7月24日签署了一份谅解备忘录（MoU），旨在通过双方的合作，实施与数字化转型相关的项目、举措和战略。该谅解备忘录计划在马斯达尔市的Krypto Labs建立区块链卓越中心，以确保最佳实践和最新技术能够与阿布扎比政府支持技术、创新解决方案和区块链的目标相一致，从而提升其在数字化转型中的全球领导地位。[2018/7/24]
?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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