引言
区块链是由人类杰出科技成果组合而成的全新架构，对于生产关系的变革有巨大的潜力。数与科技团队致力于在实践中探索更加开放的加密经济基础设施，我们将逐步拆解主流区块链的底层技术细节，并且尝试将碎片化的区块链知识整理成树状知识图谱分享给社区，也欢迎有兴趣的朋友一起加入。
Cosmos是一套成熟且高可用区块链开发框架，拥有模块化设计、基于Golang开发、支持跨链协议等特点，是目前比较主流的区块链开发框架。通过Cosmos SDK，开发者可以快速构建出属于自己的区块链，高效地进行一系列个性化开发。
本文为Cosmos文档翻译系列第五篇，点击查看往期内容《剖析 Cosmos SDK 应用程序，Part 1：全节点与核心文件》
创建
Transaction创建
命令行界面是主要的应用程序界面之一，Tx可以由用户输入以下命令来创建，其中[command]是Tx的类型，[args]是相关参数，[flags]是相关配置例如gas price：
此命令将自动创建Tx，使用帐户的私钥对其进行签名，并将其广播到其他节点。
创建Tx有一些必需的和可选的参数，其中--from指定该Tx的发起账户，例如一个发送代币的Tx，则将从 from指定的账户提取资产。
Gas 和 Fees
此外，用户可以使用这几个参数来表明他们愿意支付多少fee：
--gas 指的是gas的数量，gas代表Tx消耗的计算资源，需要消耗多少gas取决于具体的Tx，在Tx执行之前无法被精确计算出来，但可以通过在--gas后带上参数auto来进行估算。
--gas-adjustment（可选）可用于适当的增加 gas ，以避免其被低估。例如，用户可以将gas-adjustment设为1.5，那么被指定的gas将是被估算gas的1.5倍。
--gas-prices 指定用户愿意为每单位gas支付多少fee，可以是一种或多种代币。例如，--gas-prices=0.025uatom, 0.025upho就表明用户愿意为每单位的gas支付0.025uatom 和 0.025upho。
--fees 指定用户总共愿意支付的fee。
所支付fee的最终价值等于gas的数量乘以gas的价格。换句话说，fees = ceil(gas * gasPrices)。由于可以使用gas价格来计算fee，也可以使用fee来计算gas价格，因此用户仅指定两者之一即可。
随后，验证者通过将给定的或计算出的gas-prices与他们本地的min-gas-prices进行比较，来决定是否在其区块中写入该Tx。如果gas-prices不够高，该Tx将被拒绝，因此鼓励用户支付更多fee。
CLI示例
应用程序的用户可以在其CLI中输入以下命令，用来生成一个将1000uatom从senderAddress发送到 recipientAddress的Tx，该命令指定了用户愿意支付的gas（其中gas数量为自动估算的1.5倍，每单位gas价格为0.025uatom）。
appcli tx send <recipientAddress> 1000uatom --from <senderAddress> --gas auto --gas-adjustment 1.5 --gas-prices 0.025uatom
其他的Transaction创建方法
命令行是与应用程序进行交互的一种简便方法，但是Tx也可以使用REST interface或应用程序开发人员定义的某些其他入口点来创建命令行。从用户的角度来看，交互方式取决于他们正在使用的是页面还是钱包（例如，Tx使用Lunie.io 创建并使用Ledger Nano S对其进行签名）。
添加到交易池
每个全节点（Tendermint节点）接收到Tx后都会发送一个名为CheckTx的ABCI message，用来检查Tx的有效性，CheckTx会返回abci.ResponseCheckTx。 如果Tx通过检查，则将其保留在节点的 交易池（每个节点唯一的内存事务池）中等待出块，Tx如果被发现无效，诚实的节点将丢弃该Tx。在达成共识之前，节点会不断检查传入的Tx并将其广播出去。
创建
全节点在CheckTx期间对Tx先执行无状态检查，然后进行有状态检查，目的是尽早识别并拒绝无效Tx，以免浪费计算资源。
无状态检查不需要知道节点的状态，即轻客户端或脱机节点都可以检查，因此计算开销较小。无状态检查包括确保地址不为空、强制使用非负数、以及定义中指定的其他逻辑。
状态检查根据提交的状态验证Tx和Message。例如，检查相关值是否存在并能够进行交易，账户是否有足够的资产，发送方是否被授权或拥有正确的交易所有权。在任何时刻，由于不同的原因，全节点通常具有应用程序内部状态的多种版本。例如，节点将在验证Tx的过程中执行状态更改，但仍需要最后的提交状态才能响应请求，节点不能使用未提交的状态更改来响应请求。
为了验证Tx，全节点调用的CheckTx包括无状态检查和有状态检查，进一步的验证将在DeliverTx阶段的后期进行。其中CheckTx从对Tx进行解码开始。
解码
当Tx从应用程序底层的共识引擎（如Tendermint）被接收时，其仍处于[]byte编码形式，需要将其解码才能进行操作。随后，runTx 函数会被调用，并以runTxModeCheck模式运行，这意味着该函数将运行所有检查，但是会在执行Message和写入状态更改之前退出。
ValidateBasic
Message是由module的开发者实现的Msg接口中的一个方法。它应包括基本的无状态完整性检查。例如，如果Message是要将代币从一个账户发送到另一个账户，则ValidateBasic会检查账户是否存在，并确认账户中代币金额为正，但不需要了解状态，例如帐户余额。
AnteHandler
AnteHandler是可选的，但每个应用程序都需要定义。AnteHandler使用副本为特定的Tx执行有限的检查，副本可以使对Tx进行状态检查时无需修改最后的提交状态，如果执行失败，还可以还原为原始状态。
例如， auth模块的AnteHandler检查并增加序列号，检查签名和帐号，并从Tx的第一个签名者中扣除费用，这个过程中所有状态更改都使用checkState
Gas
Context相当于GasMeter，会计算出在Tx的执行过程中多少gas已被使用。用户提供的Tx所需的gas数量称为GasWanted。Tx在实际执行过程中消耗的gas被称为GasConsumed，如果GasConsumed超过GasWanted，将停止执行，并且对状态副本的修改不会被提交。否则，CheckTx设置GasUsed等于GasConsumed并返回结果。在计算完gas和fee后，验证器节点检查用户指定的值gas-prices是否小于其本地定义的值min-gas-prices。
丢弃或添加到交易池
如果在CheckTx期间有任何失败，Tx将被丢弃，并且Tx的生命周期结束。如果CheckTx成功，则Tx将被广播到其他节点，并会被添加到交易池，以便成为待出区块中的候选Tx。
交易池保存所有全节点可见的Tx，全节点会将其最近的Tx保留在交易池缓存中，作为防止重放攻击的第一道防线。理想情况下，mempool.cache_size的大小足以容纳整个交易池中的所有Tx。如果交易池缓存太小而无法跟踪所有Tx，CheckTx会识别出并拒绝重放的Tx。
现有的预防措施包括fee和序列号 计数器，用来区分重放Tx和相同的Tx。如果攻击者尝试向某个节点发送多个相同的Tx，则保留交易池缓存的完整节点将拒绝相同的Tx，而不是在所有Tx上运行CheckTx 。如果Tx有不同的序列号，攻击者会因为需要支付费用而取消攻击。
验证器节点与全节点一样，保留一个交易池以防止重放攻击，但它也用作出块过程中未经验证的交易池。请注意，即使Tx在此阶段通过了所有检查，仍然可能会被发现无效，因为CheckTx没有完全验证Tx（CheckTx实际上并未执行message）。
写入区块
共识是验证者节点就接受哪些Tx达成协议的过程，它是反复进行的。每个回合都始于出块节点创建一个包含最近Tx的区块，并由验证者节点（具有投票权的特殊全节点）负责达成共识，同意接受该区块或出一个空块。验证者节点执行共识算法，例如Tendermint BFT，调用ABCI请求确认Tx，从而达成共识。
达成共识的第一步是区块提案，共识算法从验证者节点中选择一个出块节点来创建和提议一个区块，用来写入Tx，Tx必须在该提议者的交易池中。
状态变更
共识的下一步是执行Tx以完全验证它们，所有的全节点收到出块节点广播的区块并调用ABCI函数BeginBlock，DeliverTx，和EndBlock。全节点在本地运行的每个过程将产生一个明确的结果，因为message的状态转换是确定性的，并且Tx在提案中有明确的顺序。
DeliverTx
baseapp中定义的ABCI函数DeliverTx会执行大部分状态转换，DeliverTx会针对共识中确定的顺序，对块中的每个Tx按顺序运行。DeliverTx几乎和CheckTx相同，但是会以deliver模式调用runTx函数而不是check模式。全节点不使用checkState，而是使用deliverState。
解码：由于DeliverTx是通过ABCI调用的，因此Tx会以[]byte的形式被接收。节点首先会对Tx进行解码，然后在runTxModeDeliver中调用runTx，runTx除了会执行CheckTx中的检查外，还会执行Tx和并写入状态的变化。
检查： 全节点会再次调用validateBasicMsgs和AnteHandler。之所以进行第二次检查，是因为在Tx进交易池的过程中，可能没有相同的Tx，但恶意出块节点的区块可能包括无效Tx。但是这次检查特殊的地方在于， AnteHandler不会将gas-prices与节点的min-gas-prices比较，因为每个节点的min-gas-prices可能都不同，这样比较的话可能会产生不确定的结果。
路由和Handler： CheckTx退出后，DeliverTx会继续运行 runMsgs 来执行Tx中的每个Msg。由于Tx可能具有来自不同模块的message，因此baseapp需要知道哪个模块可以找到适当的Handler。因此，路由通过模块管理器来检索路由名称并找到对应的Handler。
Handler：handler是用来执行Tx中的每个message，并且使状态转换到从而保持deliverTxState。handler在Msg的模块中定义，并写入模块中的适当存储区。
Gas：在Tx被传递的过程中，GasMeter是用来记录有多少gas被使用，如果执行完成，GasUsed会被赋值并返回abci.ResponseDeliverTx。如果由于BlockGasMeter 或者 GasMeter 耗尽或其他原因导致执行中断，程序则会报出相应的错误。
如果由于Tx无效或GasMeter用尽而导致任何状态更改失败，Tx的处理将被终止，并且所有状态更改都将还原。区块提案中无效的Tx会导致验证者节点拒绝该区块并投票给空块。
提交
最后一步是让节点提交区块和状态更改，在重跑了区块中所有的Tx之后，验证者节点会验证区块的签名以最终确认它。不是验证者节点的全节点不参与共识（即无法投票），而是接受投票信息以了解是否应提交状态更改。
当收到足够的验证者票数（2/3+的加权票数）时，完整的节点将提交一个新的区块，以添加到区块链网络中并最终确定应用程序层中的状态转换。此过程会生成一个新的状态根，用作状态转换的默克尔证明。应用程序使用从Baseapp继承的ABCI方法Commit，Commit通过将deliverState写入应用程序的内部状态来同步所有的状态转换。提交状态更改后，checkState从最近提交的状态重新开始，并将deliverState重置为空以保持一致并反映更改。
请注意，并非所有区块都具有相同数量的Tx，并且共识可能会导致一个空块。在公共区块链网络中，验证者可能是拜占庭恶意的，这可能会阻止将Tx提交到区块链中。可能的恶意行为包括出块节点将某个Tx排除在区块链之外，或者投票反对某个出块节点。
至此，Tx的生命周期结束，节点已验证其有效性，并提交了这些更改。Tx本身，以[]byte的形式被存储在区块上进入了区块链网络。
原文链接:
https://docs.cosmos.network/master/
作者：cosmos.network
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