作者：freewind
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当我们以bytom init --chain_id=solonet建立比原单机节点用于本地测试时，很快会发现自己将面临一个尴尬的问题：余额为0。就算我们使用bytom node --mining开启挖矿，理论上由于我们是单机状态，本机算力就是全网算力，应该每次都能够挖到，但是不知道为什么，在我尝试的时候发现总是挖不到，所以打算简单研究一下比原的挖矿流程，看看有没有办法能改点什么，给自己单机多挖点BTM以方便后面的测试。
所以在今天我打算通过源代码分析一下比原的挖矿流程，但是考虑到它肯定会涉及到比原的核心，所以太复杂的地方我就会先跳过，那些地方时机成熟的时候会彻底研究一下。
如果我们快速搜索一下，就能发现在比原代码中有一个类型叫CPUMiner，我们围绕着它应该就可以了。
首先还是从比原启动开始，看看CPUMiner是如何被启动的。
下面是bytom node --mining对应的入口函数：
func main() { cmd := cli.PrepareBaseCmd(commands.RootCmd, "TM", os.ExpandEnv(config.DefaultDataDir())) cmd.Execute()} 由于传入了参数node，所以创建Node并启动：
func runNode(cmd *cobra.Command, args []string) error { // Create & start node n := node.NewNode(config) if _, err := n.Start(); err != nil { // ...} 在创建一个Node对象的时候，也会创建CPUMiner对象：
func NewNode(config *cfg.Config) *Node { // ... node.cpuMiner = cpuminer.NewCPUMiner(chain, accounts, txPool, newBlockCh) node.miningPool = miningpool.NewMiningPool(chain, accounts, txPool, newBlockCh) // ... return node} 这里可以看到创建了两个与挖矿相关的东西，一个是NewCPUMiner，另一个是miningPool。我们先看NewCPUMiner对应的代码：
func NewCPUMiner(c *protocol.Chain, accountManager *account.Manager, txPool *protocol.TxPool, newBlockCh chan *bc.Hash) *CPUMiner { return &CPUMiner{ chain: c, accountManager: accountManager, txPool: txPool, numWorkers: defaultNumWorkers, updateNumWorkers: make(chan struct{}), queryHashesPerSec: make(chan float64), updateHashes: make(chan uint64), newBlockCh: newBlockCh, }} 从这里的字段可以看到，CPUMiner在工作的时候：
- 可能需要用到外部的三个对象分别是：
chain（代表本机持有的区块链），accountManager（管理帐户），txPool（交易池） -
numWorkers：应该保持几个worker在挖矿，默认值defaultNumWorkers为常量1，也就是说默认只有一个worker。这对于多核cpu来说有点亏，真要挖矿的话可以把它改大点，跟核心数相同（不过用普通电脑不太可能挖到了） -
updateNumWorkers：外界如果想改变worker的数量，可以通过向这个通道发消息实现。CPUMiner会监听它，并按要求增减worker -
queryHashesPerSec：这个没用上，忽略吧。我发现比原的开发人员很喜欢预先设计，有很多这样没用上的代码 -
updateHashes: 这个没用上，忽略 -
newBlockCh: 一个来自外部的通道，用来告诉外面自己成功挖到了块，并且已经放进了本地区块链，其它地方就可以用它了（比如广播出去）
然而这里出现的并不是CPUMiner全部的字段，仅仅是需要特意初始化的几个。完整的在这里:
type CPUMiner struct { sync.Mutex chain *protocol.Chain accountManager *account.Manager txPool *protocol.TxPool numWorkers uint64 started bool discreteMining bool wg sync.WaitGroup workerWg sync.WaitGroup updateNumWorkers chan struct{} queryHashesPerSec chan float64 updateHashes chan uint64 speedMonitorQuit chan struct{} quit chan struct{} newBlockCh chan *bc.Hash} 可以看到还多出了几个：
-
sync.Mutex：为CPUMiner提供了锁，方便在不同的goroutine代码中进行同步 -
started：记录miner是否启动了 -
discreteMining：这个在当前代码中没有赋过值，永远是false，我觉得应该删除。已提 -
wg和workerWg：都是跟控制goroutine流程相关的 -
speedMonitorQuit：也没什么用，忽略 -
quit：外界可以给这个通道发消息来通知CPUMiner退出
再回到n.Start看看cpuMiner是何时启动的：
func (n *Node) OnStart() error { if n.miningEnable { n.cpuMiner.Start() } // ...} 由于我们传入了参数--mining，所以n.miningEnable是true，于是n.cpuMiner.Start会运行：
func (m *CPUMiner) Start() { m.Lock() defer m.Unlock() if m.started || m.discreteMining { return } m.quit = make(chan struct{}) m.speedMonitorQuit = make(chan struct{}) m.wg.Add(1) go m.miningWorkerController() m.started = true log.Infof("CPU miner started")} 这段代码没太多需要说的，主要是通过判断m.started保证不会重复启动，然后把真正的工作放在了m.miningWorkerController()中：
func (m *CPUMiner) miningWorkerController() { // 1. var runningWorkers []chan struct{} launchWorkers := func(numWorkers uint64) { for i := uint64(0); i < numWorkers; i++ { quit := make(chan struct{}) runningWorkers = append(runningWorkers, quit) m.workerWg.Add(1) go m.generateBlocks(quit) } } runningWorkers = make([]chan struct{}, 0, m.numWorkers) launchWorkers(m.numWorkers)out: for { select { // 2. case <-m.updateNumWorkers: numRunning := uint64(len(runningWorkers)) if m.numWorkers == numRunning { continue } if m.numWorkers > numRunning { launchWorkers(m.numWorkers - numRunning) continue } for i := numRunning - 1; i >= m.numWorkers; i-- { close(runningWorkers[i]) runningWorkers[i] = nil runningWorkers = runningWorkers[:i] } // 3. case <-m.quit: for _, quit := range runningWorkers { close(quit) } break out } } m.workerWg.Wait() close(m.speedMonitorQuit) m.wg.Done()} 这个方法看起来代码挺多的，但是实际上做的事情还是比较好理清的，主要是做了三件事：
- 第1处代码是按指定的worker数量启动挖矿例程
- 第2处是监听应该保持的worker数量并增减
- 第3处在被知关闭的时候安全关闭
代码比较清楚，应该不需要多讲。
可以看第1处代码中，真正挖矿的工作是放在generateBlocks里的：
func (m *CPUMiner) generateBlocks(quit chan struct{}) { ticker := time.NewTicker(time.Second * hashUpdateSecs) defer ticker.Stop()out: for { select { case <-quit: break out default: } // 1. block, err := mining.NewBlockTemplate(m.chain, m.txPool, m.accountManager) // ... // 2. if m.solveBlock(block, ticker, quit) { // 3. if isOrphan, err := m.chain.ProcessBlock(block); err == nil { // ... // 4. blockHash := block.Hash() m.newBlockCh <- &blockHash // ... } } } m.workerWg.Done()} 方法里省略了一些不太重要的代码，我们可以从标注的几处看一下在做什么：
- 第1处通过
mining.NewBlockTemplate根据模板生成了一个block - 第2处是以暴力方式（从
0开始挨个计算）来争夺对该区块的记帐权 - 第3处是通过
chain.ProcessBlock(block)尝试把它加到本机持有的区块链上 - 第4处是向
newBlockCh通道发出消息，通知外界自己挖到了新的块
mining.NewBlockTemplate
我们先看一下第1处中的mining.NewBlockTemplate：
func NewBlockTemplate(c *protocol.Chain, txPool *protocol.TxPool, accountManager *account.Manager) (b *types.Block, err error) { // ... return b, err} 这个方法很长，但是内容都被我忽略了，原因是它的内容过于细节，并且已经触及到了比原的核心，所以现在大概了解一下就可以了。
比原在一个Block区块里，有一些基本信息，比如在其头部有前一块的hash值、挖矿难度值、时间戳等等，主体部有各种交易记录，以及多次层的hash摘要。在这个方法中，主要的逻辑就是去找到这些信息然后把它们包装成一个Block对象，然后交由后面处理。我觉得在我们还没有深刻理解比原的区块链结构和规则的情况下，看这些太细节的东西没有太大用处，所以先忽略，等以后合适的时候再回过头来看就简单了。
m.solveBlock
我们继续向下，当由NewBlockTemplate生成好了一个Block对象后，它会交给solveBlock方法处理：
func (m *CPUMiner) solveBlock(block *types.Block, ticker *time.Ticker, quit chan struct{}) bool { // 1. header := &block.BlockHeader seed, err := m.chain.CalcNextSeed(&header.PreviousBlockHash) // ... // 2. for i := uint64(0); i <= maxNonce; i++ { // 3. select { case <-quit: return false case <-ticker.C: if m.chain.BestBlockHeight() >= header.Height { return false } default: } // 4. header.Nonce = i headerHash := header.Hash() // 5. if difficulty.CheckProofOfWork(&headerHash, seed, header.Bits) { return true } } return false} 这个方法就是挖矿中我们最关心的部分了：争夺记帐权。
我把代码分成了4块，依次简单讲解：
- 第1处是从本地区块链中找到新生成的区块指定的父区块，并由它计算出来
seed，它是如何计算出来的我们暂时不关心（比较复杂），此时只要知道它是用来检查工作量的就可以了 - 第2处是使用暴力方式来计算目标值，用于争夺记帐权。为什么说是暴力方式？因为挖矿的算法保证了想解开难题，没有比从0开始一个个计算更快的办法，所以这里从0开始依次尝试，直到
maxNonce结束。maxNonce是一个非常大的数^uint64(0)（即2^64 - 1），基本上是不可能在一个区块时间内遍历完的。 - 第3处是在每次循环中进行计算之前，都看一看是否需要退出。在两种情况下应该退出，一是
quit通道里有新消息，被人提醒退出（可能是时间到了）；另一种是本地的区块链中已经收到了新的块，且高度比较自己高，说明已经有别人抢到了。 - 第4处是把当前循环的数字当作
Nonce，计算出Hash值 - 第5处是调用
difficulty.CheckProofOfWork来检查当前算出来的hash值是否满足了当前难度。如果满足就说明自己拥有了记帐权，这个块是有效的；否则就继续计算
然后我们再看一下第5处的difficulty.CheckProofOfWork:
func CheckProofOfWork(hash, seed *bc.Hash, bits uint64) bool { compareHash := tensority.AIHash.Hash(hash, seed) return HashToBig(compareHash).Cmp(CompactToBig(bits)) <= 0} 在这个方法里，可以看到出现了一个tensority.AIHash，这是比原独有的人工智能友好的工作量算法，相关论文的下载地址：，有兴趣的同学可以去看看。由于这个算法的难度肯定超出了本文的预期，所以就不研究它了。在以后，如果有机会有条件的话，也许我会试着理解一下（不要期待~）
从这个方法里可以看出，它是调用了tensority.AIHash中的相关方法进判断当前计算出来的hash是否满足难度要求。
在本文的开始，我们说过希望能找到一种方法修改比原的代码，让我们在solonet模式下，可以正常挖矿，得到BTM用于测试。看到这个方法的时候，我觉得已经找到了，我们只需要修改一下让它永远返回true即可：
func CheckProofOfWork(hash, seed *bc.Hash, bits uint64) bool { compareHash := tensority.AIHash.Hash(hash, seed) return HashToBig(compareHash).Cmp(CompactToBig(bits)) <= 0 || true} 这里也许会让人觉得有点奇怪，为什么要在最后的地方加上|| true，而不是在前面直接返回true呢？这是因为，如果直接返回true，可能使得程序中关于时间戳检查的地方出现问题，出现如下的错误：
time="2018-05-17T12:10:14+08:00" level=error msg="Miner fail on ProcessBlock block, timestamp is not in the valid range: invalid block" height=32
原因还未深究，可能是因为原本的代码是需要消耗一些时间的，正好使得检查通过。如果直接返回true就太快了，反而使检查通过不了。不过我感觉这里是有一点问题的，留待以后再研究。
这样修改完以后，再重新编译并启动比原节点，每个块都能挖到了，差不多一秒一个块（一下子变成大富豪了：）
m.chain.ProcessBlock
我们此时该回到generateBlocks方法中的第3处，即：
func (m *CPUMiner) generateBlocks(quit chan struct{}) { //... if m.solveBlock(block, ticker, quit) { // 3. if isOrphan, err := m.chain.ProcessBlock(block); err == nil { // ... // 4. blockHash := block.Hash() m.newBlockCh <- &blockHash // ... } } } m.workerWg.Done()} m.chain.ProcessBlock把刚才成功拿到记帐权的块向本地区块链上添加：
func (c *Chain) ProcessBlock(block *types.Block) (bool, error) { reply := make(chan processBlockResponse, 1) c.processBlockCh <- &processBlockMsg{block: block, reply: reply} response := <-reply return response.isOrphan, response.err} 可以看到这里实际上是把这个工作甩出去了，因为它把要处理的块放进了Chain.processBlockCh这个通道里，同时传过去的还有一个用于对方回复的通道reply。然后监听reply等消息就可以了。
那么谁将会处理c.processBlockCh里的内容呢？当然是由Chain，只不过这里就属于比原核心了，我们留等以后再详细研究，今天就先跳过。
如果处理完没有出错，就进入到了第4块，把这个block的hash放在newBlockCh通道里。这个newBlockCh是由外面传入的，很多地方都会用到。当它里面有新的数据时，就说明本机挖到了新块（并且已经添加到了本机的区块链上），其它的地方就可以使用它进行别的操作（比如广播出去）
那么到这里，我们今天的问题就算解决了，留下了很多坑，以后专门填。