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。
科技部将进一步加大前沿技术研发等支持力度 重点包括区块链等技术:近日在国务院联防联控机制新闻发布会上，科技部高新技术司司长秦勇表示，下一步科技部将重点从以下三个方面采取措施推动新业态和新模式发展：一是进一步加大前沿技术研发和关键核心技术的攻关支持力度，重点包括先进计算、核心软件、宽带通信、区块链、光电子、微纳电子、人工智能、新材料等，支撑国家新型基础设施建设。二是加大对在这次疫情中展现出巨大潜力的新业态、新模式的引导和技术支撑的力度，重点包括：新型健康业、科技服务业、智慧城市、现代物流、教育服务等，进一步发展壮大这些新动能。三是将会同有关部门进一步完善和出台一批支持政策和措施，为科技型创新创业营造良好的政策环境。（中国经济网）[2020/4/5]
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。
动态 | 区块链技术将在国际组织推动下，或在2021年实现标准化:据Cointelegraph消息，美国商业和金融服务公司穆迪最近发布一份研究报告，报告称，在国际标准化组织推动下，区块链技术很可能在2021年实现标准化。穆迪高级分析师Frank Cerveny表示，“区块链技术标准化的好处提高机构系统和市场参与者之间的互操作性，同时降低交易对手的集中度、使用区块链技术的交易的操作和法律/监管风险。”[2019/9/8]
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
动态 | 腾讯云启基地落户江心洲 双方将以区块链等技术为支撑展开深度合作:据扬子晚报网报道，1月30日，建邺区人民政府与腾讯公司在深圳签署战略合作协议。建邺区副区长杨晨与腾讯云副总裁道峰分别代表双方签约。根据协议，双方将以人工智能、大数据、云计算、区块链、物联网等现代信息技术为支撑，在智慧政务、智慧民生、智慧产业等方面展开深度合作。[2019/1/31]
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 | AMOLabs首席执行官：区块链技术对共享汽车数据等至关重要:AMOLabs首席执行官SangGyoo Sim受邀做客布洛克科技时点对话栏目时，对“区块链能否颠覆传统车辆行业”的主题进行了分享。SangGyoo Sim是智能汽车解决方案AutoCrypt的发明者，他表示，安全固然是一项重要的技术，但是安全技术保护的数据本身也非常重要，同样的，它也需要额外的数据安全技术层。目前汽车正在产生和处理几年前无法比拟的大量信息，因此，拥有像区块链这样的分散化平台至关重要。其背后的技术使得能够在共享汽车数据和运营实体方面进行合作。[2018/11/12]
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
?f.consensus_peers：所有Validator节点的信息，Libra网络是一个许可形网络
声音 | 中国农业银行董事长：农行应积极开发区块链等新技术:7月16日，中国农业银行董事长周慕冰在《中国金融》上撰文表示，农业银行要提升金融科技软实力。把金融科技人才队伍建设作为人力资源改革的重点，加快培养一批懂科技、懂业务、懂管理的复合型人才，积极开发储备移动互联、云计算、大数据、区块链、人工智能新技术，抢占金融科技制高点。[2018/7/16]
?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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