Go Ethereum Analyze
本仓库主要面向需要阅读以太坊源码的读者，暂时只关注研究智能合约安全必需的合约执行机制。网络和共识部分也欢迎朋友补充。
本仓库复制官方的 go-ethereum，只进行解读，不做实际源码修改，供大家学习交流，请勿用于生产环境。欢迎交流学习！
- 主要源码分析放在了个人博客：https://www.blog-blockchain.xyz/categories/geth/
- EVM设计解析：https://www.blog-blockchain.xyz/categories/evm/
- 程序分析入门（持续更新）：https://www.blog-blockchain.xyz/categories/program-language/
- solidity入门：https://www.blog-blockchain.xyz/categories/smart-contract-basics/
主要目标：
- 深度理解以太坊底层运行机制
- 深度理解以太坊字节码，能够对字节码进行安全分析。
- 提供修改源码的参考，能够修改源码以完成测试、插桩，甚至新建自己的链。
- 提供交易动态数据分析方法，最终实现区块链平台威胁感知和攻击检测的模型。
注意：
- 只解释部分细节，源码注释中不作过于详细的介绍，只提及所需的基础和学习的方向。
- 对应的理论基础和源码梳理存放在
analyzeSourceCode文件夹内，针对对应的内容，梳理脉络和实现流程。 - 保留了英文注释，对于容易理解的英文注释并未翻译成中文。
已完成的源码解析列表
-
contracts包 -
core/forkchoice.go -
core/types包 -
core/bloombits包(匹配器部分由于缺少并发模型知识，暂缓) -
core/genesis.go -
core/tx_pool.go -
core/tx_list.go -
core/tx_cacher.go -
core/tx_journal.go -
core/tx_noncer.go -
core/forkid包 -
core/blocks.go -
trie包MPT分析
已完成的理论基础列表
- 区块链基础入门
- 合约安全分析之程序分析基础
- 学习路线和资源汇总
- 初步理解 EVM 的 stack、memory、storage、calldata
- 以太坊黄皮书中 EVM 设计思路解读
- 合约审计工具说明和使用
- 以太坊核心数据结构文章
- 完善以太坊架构图
- 深入合约字节码分析
Todo list:
- 合约安全分析之抽象
-
core/vm包 -
core/txpool.go阅读笔记 -
core/blockchain.go -
core/state包 -
core/state_transition.go
为了方便修改源码后进行调试，建议在 Linux 系统运行，阅读源码时用主机系统可能相对方便。
安装虚拟机：建议 Ubuntu20.04，具体安装教程可见其他教程。希望读者有一定的 Linux 基础，熟悉常用命令，理解 Linux 配置文件的思想，会阅读命令行提示信息。安装好虚拟机后可设置代理（学习区块链必须要学会设置代理），自行寻找教程。
准备环境：安装 nodejs、npm、goland、typora、中文输入法（可以用百度输入法）、vscode、goland、git，新手自行寻找教程，很容易找到。
建议使用 godoc，然后输入命令 godoc --http localhost:6060，可以方便地看到自动生成的文档。
配置go编译器：ubuntu apt包管理工具的go编译器版本太低，需要手动升级。
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下载二进制包，可在这里下载，然后解压、复制到
/usr/local，这是我们一般放软件的地方，然后设置环境变量，建议学习 Linux 的环境变量如何设置，有什么作用。这个目录就是 GOROOT 目录，GOPATH 目录可以通过go env找到。 -
下载 go-ethereum，建议使用 apt 下载，因为不用额外的配置，并且附带了一些好用的工具。
添加源：
sudo add-apt-repository -y ppa:ethereum/ethereum更新软件表：
sudo apt-get update安装稳定版：
sudo apt-get install ethereum遇见问题参考 官方教程 和博客。注意如果未设置代理，下载速度会很慢，耐心等待。关于如何设置代理，请自行查找教程。
-
克隆仓库，开始工作。配置好自己的 Git，不会使用请自行寻找教程。然后 VSCode、goland 配置好相关环境（自行寻找教程）
-
安装翻译插件，辅助阅读英文注释，推荐 JetBrain 系的 Transaction 和 VSCode 的 Comment Translate。
请注意：仓库基于较新的 geth 源码，本教程和源码都只用于学习，并且只负责解读以及如何修改，不会做实质性的改变
在开始解读以太坊前，先了解以太坊中常见术语和名词。以便更好的学习后续内容。大部分内容来自 博客，本人补充和完善。
- 外部账户：EOAs（External Owned Accounts），关联个人掌握的私钥。可以用于发送交易（转移以太币或发送消息），形同一张带数字ID的储蓄卡。
- 合约账户：Contracts Accounts，可以在以太坊上存储合约代码与合约数据的账户，外部不能直接操作此账户。只能由外部账户直接或间接调用。
- 账户状态： account state，表示一个账户在以太坊中的状态。账户状态在账户数据变化时变化。账户状态包含四项信息：nonce、余额、账户存储内容根哈希值、账户代码哈希值。状态数据不直接存储在区块上。
- 账户 Nonce: 账户随机数，是账户的交易计数。以防止重放攻击。
- 智能合约：Smart Contract，是以太坊成为区块链2.0的立足点。以太坊支持通过图灵完备的高级编程语言编写智能合约代码。部署在链上后，可以接受来自外部的交易请求和事件，以触发执行特定的合约代码逻辑，进一步生成新的交易和事件。甚至调用其他的智能合约。
- 世界状态：state，管理账户地址到账户状态的映射关系。所有账户的状态构成整个区块链状态。
- 交易：Transaction，是外部与以太坊交互的唯一途径，必须由外部账户签名，矿工执行交易，最终打包到区块中。
- 交易收据：Receipt，是方便对交易进行零知识证明、索引和搜索，将交易执行过程中的一些特定信息编码为交易收据。
- 区块：block，是由一组交易和一些辅助信息（简称区块头）、其他区块头哈希构成的数据块。其他区块头哈希表示父区块或者叔区块。
- 叔块：Uncle Block，不能成为主链一部分的孤儿区块，如果有幸被后来的区块收留进区块链就变成了叔块。收留了孤块的区块有额外的奖励。孤块一旦成为叔块，该区块统一可获得奖励。通过叔块奖励机制，来降低以太坊软分叉和平衡网速慢的矿工利益。
- 随机数：nonce，记录在区块头中，努力工作的证明。
- Gas：燃料是交易打包到区块时，在 EVM 运行所消耗的资源量的一种形象化概念，比喻需要燃料才能运行 EVM。在以太坊中，将 CPU 资源、存储资源按内置的规则，统一使用 Gas 作为资源单位表达。每执行一次虚拟机指令，均消耗一定的 Gas。
- GasPrice: 燃料价格，任何交易都需要包含一个愿意支付的燃料单价，最终根据交易消耗的燃料量，计算手续费 (usedGas*gasPrice) 支付给矿工。
- 价格预测：GPO(Gas Price Oracle)，Gas 价格预测，根据历史交易的 GasPrice 预测未来 GasPrice 走势。
- ZKP: Zero Knowledge Proof，零知识证明。
- EVM：Ethereum Virtual Machine，以太坊虚拟机是执行交易的一个轻量级沙盒虚拟机。
- Message：消息，是一个不能序列化的，并且只存在于以太坊运行环境中的虚拟对象，一条消息主要包括：消息的发送方、接收方、gasLimit 等等；
- 序列化：将数据使用RLP编码为一组字节数据，便于数据交换与存储。
- RLP: 递归长度前缀编码，一种能够压缩数据的数据编码协议，在以太坊中常用于序列化数据。
- MPT：默克尔压缩前缀树， Merkle Patricia Tree，是一种经过改良的、融合了默克尔树和前缀树两种树结构优点的数据结构，是以太坊中用来组织管理账户数据、生成交易集合哈希的重要数据结构。
- Patricia Trie: 一种压缩前缀树，是一种更节省空间的树，对于 trie 的每个节点，如果该节点是其父节点唯一的儿子的话，就和父节点结合；
- Merkle Tree: 默克尔树，也称为 Hash Tree，默克尔树叶子节点的value是数据项的内容，或者是数据项的哈希值；非叶子节点的value根据其孩子节点的信息，然后按照Hash算法计算而得出的。
- Whisper：密语，是一种依托于 P2P 的通信协议，通过 Whisper 协议，节点可以将信息发送给某个特定节点，实现双节点私聊和按主题在多个节点上通信。主要用于大规模的点对点数据发现、信号协商、最小传输通信、完全隐私保护的 DApp 而设计的。
- LES： Light Ethereum Subprotocol，以太坊客户端的轻量级的子协议，只需要下载区块头，其他详细信息可以按需获取；LES Wiki
- Swarm： 蜂巢，是一个分布式存储平台和内容分发服务，是以太坊 web 3 技术栈的本地基础层服务;
- LLL，Sperpent、Mutan和Solidity：用于编写智能合约代码的的编程语言，能被编译成 EVM 代码。
- ERC20: 可以理解成 Ethereum 的一个 Token 协议规范，所有基于 Ethereum 开发的 Token 合约都遵守这个规范。遵守 ERC20 协议规范的 Token 可以被各种 Ethereum 钱包支持。
- ERC721: 是在ERC20标准上建立的Token协议规范，是针对不可互换 Token(non-fungible tokens 简称 NFT)做的智能合约标准。
| Command | Description |
|---|---|
geth |
命令行主程序，使用参考博客1 博客2和官方文档。 |
clef |
签名工具，可以在后端为geth签名. |
devp2p |
P2P 开发工具，不用运行全节点就可以和其他节点通信。 |
abigen |
代码生成器，把合约封装成易用 Golang 的包. |
bootnode |
客户端的精简版，只实现了网络节点协议, 可以在私有网络中辅助寻找节点。 |
evm |
以太坊虚拟机 EVM 的开发程序 能够在可配置的环境中运行底层的字节码片段，方便细致的调试以太坊操作码，深入执行过程。 |
rlpdump |
以以太坊协议的编码 RLP (Recursive Length Prefix) 格式输出。 |
puppeth |
创建新的以太坊网络时的引导。 |
├── accounts //账户管理
│ ├── abi //实现 abi
│ │ └── bind //生成 合约的 go 语言封装
│ │ └── backends
│ ├── external
│ ├── keystore //私钥管理，采用 secp256k 加密
│ │ └── testdata
│ │ ├── dupes
│ │ ├── keystore
│ │ │ └── foo
│ │ └── v1
│ │ └── cb61d5a9c4896fb9658090b597ef0e7be6f7b67e
│ ├── scwallet
│ └── usbwallet //硬件钱包，通过 USB 插入
│ └── trezor //硬件钱包的协议
├── build //用于编译和构建的脚本
│ ├── bin
│ └── deb
│ └── ethereum
├── cmd //命令行工具
│ ├── abidump
│ ├── abigen
│ ├── bootnode
│ ├── checkpoint-admin
│ ├── clef
│ │ ├── docs
│ │ │ └── qubes
│ │ ├── testdata
│ │ └── tests
│ ├── devp2p
│ │ └── internal
│ │ ├── ethtest
│ │ │ └── testdata
│ │ ├── v4test
│ │ └── v5test
│ ├── ethkey
│ ├── evm
│ │ ├── internal
│ │ │ ├── compiler
│ │ │ └── t8ntool
│ │ └── testdata
│ │ ├── 1
│ │ ├── 10
│ │ ├── 11
│ │ ├── 12
│ │ ├── 13
│ │ ├── 14
│ │ ├── 15
│ │ ├── 16
│ │ ├── 17
│ │ ├── 18
│ │ ├── 19
│ │ ├── 2
│ │ ├── 3
│ │ ├── 4
│ │ ├── 5
│ │ ├── 7
│ │ ├── 8
│ │ └── 9
│ ├── faucet //轻量级的水龙头（用于取测试币）
│ ├── geth
│ │ └── testdata
│ │ └── vcheck
│ │ ├── minisig-sigs
│ │ ├── signify-sigs
│ │ └── sigs
│ ├── p2psim //模拟 HTTP API 的调用
│ ├── puppeth //构建私链相关
│ │ └── testdata
│ ├── rlpdump //格式化 rlp 编码，更加漂亮的输出
│ └── utils //一些转化、辅助工具
├── common //工具类
│ ├── bitutil //快速的按位操作
│ ├── compiler//封装 Solidity 和 Vyper 的字节码
│ ├── fdlimit
│ ├── hexutil //十六进制编码
│ ├── math //整数的相关数学工具
│ ├── mclock //用于计时的固定点
│ └── prque //优先队列数据结构
├── consensus //共识算法部分
│ ├── clique //POA
│ ├── ethash //POW
│ └── misc
├── console //控制台
│ ├── prompt
│ └── testdata
├── contracts //合约部分
│ └── checkpointoracle
│ └── contract
├── core //核心数据结构，包括状态机、链式结构、虚拟机等
│ ├── asm //解析汇编指令
│ ├── bloombits //布隆过滤器批量处理
│ ├── forkid //EIP-2124 (https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-2124) 的实现
│ ├── rawdb //底层数据库访问
│ │ └── testdata
│ ├── state //以太坊状态树的缓存
│ │ ├── pruner
│ │ └── snapshot //动态状态存储
│ ├── types //共识机制中的数据类型
│ └── vm //EVM 的实现
│ ├── runtime //负责字节码的执行
│ └── testdata
│ └── precompiles
├── crypto //哈希算法和密码学
│ ├── blake2b
│ ├── bls12381
│ ├── bn256
│ │ ├── cloudflare
│ │ └── google
│ ├── ecies
│ ├── secp256k1
│ │ └── libsecp256k1
│ │ ├── build-aux
│ │ │ └── m4
│ │ ├── contrib
│ │ ├── include
│ │ ├── obj
│ │ ├── sage
│ │ └── src
│ │ ├── asm
│ │ ├── java
│ │ │ └── org
│ │ │ └── bitcoin
│ │ └── modules
│ │ ├── ecdh
│ │ └── recovery
│ └── signify
├── docs //部分说明文档
│ ├── audits
│ └── postmortems
├── eth //以太坊协议
│ ├── catalyst //RPC 相关
│ ├── downloader //全节点同步
│ ├── ethconfig //以太坊配置文件和轻节点配置文件
│ ├── fetcher //获取同步时的区块头、交易等
│ ├── filters //区块、日志、事件、交易的过滤
│ ├── gasprice
│ ├── protocols
│ │ ├── eth
│ │ └── snap
│ └── tracers //跟踪交易
│ ├── internal
│ │ └── tracetest
│ │ └── testdata
│ │ ├── call_tracer
│ │ └── call_tracer_legacy
│ ├── js //js 写的交易跟踪器
│ │ └── internal
│ │ └── tracers
│ └── native //go 写的交易跟踪器
├── ethclient //RPC 调用的客户端
│ └── gethclient
├── ethdb //数据库
│ ├── dbtest
│ ├── leveldb //leveldb 数据库实现
│ └── memorydb //内存映射的数据库实现
├── ethstats //网络状态显示
├── event //处理实时事件
├── graphql //提供 GraphQL 的借口
├── internal //内部的一些组件
│ ├── build
│ ├── cmdtest
│ ├── debug
│ ├── ethapi
│ ├── flags
│ ├── guide
│ ├── jsre
│ │ └── deps
│ ├── syncx
│ ├── testlog
│ ├── utesting
│ └── web3ext
├── les //轻量级以太坊子协议(LES)
│ ├── checkpointoracle
│ ├── downloader
│ ├── fetcher
│ ├── flowcontrol
│ ├── utils
│ └── vflux
│ ├── client
│ └── server
├── light //向轻量级客户端提供按需检索的功能
├── log //日志
├── metrics //磁盘读写相关
│ ├── exp
│ ├── influxdb
│ ├── librato
│ └── prometheus
├── miner //区块生成和挖矿
│ └── stress
│ ├── 1559 //EIP1559 的压力测试
│ ├── clique //Clique 的压测
│ └── ethash //ethash 的压测
├── mobile //为移动端设置的简化版 API
├── node //节点协议
├── p2p //P2P 网络协议
│ ├── discover //节点发现协议
│ │ ├── v4wire //v4 版本
│ │ └── v5wire //v5 版本
│ │ └── testdata
│ ├── dnsdisc //EIP1459 提出的发现协议
│ ├── enode
│ ├── enr //EIP778 提出的节点记录
│ ├── msgrate //估计节点吞吐量实现更平衡的传输
│ ├── nat //端口映射
│ ├── netutil
│ ├── nodestate
│ ├── rlpx //RLPx 传输协议
│ ├── simulations
│ │ ├── adapters
│ │ ├── examples
│ │ └── pipes
│ └── tracker
├── params //参数规定
├── rlp //RLP 序列化格式
├── rpc //双向 JSON-RPC 2.0
│ └── testdata
├── signer //数字签名部分
│ ├── core
│ │ ├── apitypes
│ │ └── testdata
│ │ └── fuzzing
│ ├── fourbyte
│ ├── rules
│ └── storage
├── swarm //swarm 群节点
├── tests //测试数据
│ ├── fuzzers
│ │ ├── abi
│ │ ├── bitutil
│ │ ├── bls12381
│ │ │ └── testdata
│ │ ├── bn256
│ │ ├── difficulty
│ │ │ └── debug
│ │ ├── keystore
│ │ │ └── corpus
│ │ ├── les
│ │ │ └── debug
│ │ ├── rangeproof
│ │ │ ├── corpus
│ │ │ └── debug
│ │ ├── rlp
│ │ │ └── corpus
│ │ ├── runtime
│ │ ├── secp256k1
│ │ ├── stacktrie
│ │ │ └── debug
│ │ ├── trie
│ │ │ └── corpus
│ │ ├── txfetcher
│ │ │ └── corpus
│ │ └── vflux
│ │ └── debug
│ ├── solidity
│ │ ├── contracts
│ │ ├── migrations
│ │ └── test
│ └── testdata
└── trie //区块的重要数据结构 MPT- 简书博客，最初发表的文章主要是以太坊源码分析，对以太坊的函数做了说明。
- 最近的源码分析文章
- GitHub - ZtesoftCS/go-ethereum-code-analysis 4年前的源码分析汇总
- Ethereum-tutorial
- [go-ethereum 源码笔记（概览）](https://knarfeh.com/2018/03/10/go-ethereum 源码笔记（概览）/) 四年前的博客
- Introduction · Ethereum Development with Go 跟着用 Go 写简单区块链
- Geth Documentation | Go Ethereum geth 使用说明，调试程序，使用自带工具的参考。
- 操作码详解和模拟。
- 以太坊技术与实现，作者作了整体性的说明，适合作为大致参考。
- 很高质量的博客
- 笔者的源码分析和理论基础、调试实操。