NULS设计文档解读——账本模块

摘要：NULS，让区块链更简单！

为什么要有账本模块

在区块链中，由全网节点共同记录并保持一致的资产/数据往来，我们称之为交易，而根据交易对每个账户所做的资产/数据统计结果构成了账本。所有账户的余额都保存在账本中。每一个全节点中，都会保存一个完整的全网账本，保证了数据的完整、公开、透明，同时也保证了数据的不可篡改。

NULS2.0是一个面向定制化服务的区块链基础设施，采用微服务架构，根据区块链系统的业务，将底层拆分成不同的模块。账本作为区块链的核心组成部分，有许多通用的功能，在NULS2.0中，我们将账本相关的功能拆分出来，单独组成一个模块，可以很好地为系统提供记账、查账、验证等服务。

在NULS2.0中，账本模块是数据中枢，保存系统内所有账户的余额，它不依赖任何业务模块，其它模块按需依赖于它。

账本模块功能

账本模块功能体现了该模块的作用，也是开发该模块需要达到的目标。读者阅读本文档的目标是理解账本模块具有哪些功能，以及这些功能的实现流程。

对于账本模块来说，其自身只有更新账本这一个主要功能，其他都是通过接口对外提供的数据查询服务。

但是由于区块链是去中心化的网络环境，部分节点有作恶可能，发起双花交易。为了防止双花交易，账本模块在保存账户余额的同时，还需要维护一个跟账户关联的交易随机数(nonce)。

账本模块保存账户余额的功能并不难理解，反而是交易随机数(nonce)，需要理解其设计原理，下面，我们先针对交易随机数(nonce)做一些介绍。

交易随机数(nonce)

首先，通过交易随机数(nonce)能避免双花，是因为交易随机数遵循以下原则：

同一账户可以同时拥有多种资产，每种资产对应一个nonce值；同一账户同种资产发起的交易，对应的nonce值，必须是连续的。

正是通过nonce值的连续性，有效地避免了双花交易。假设网络中，有人从一个资产余额为10NULS的账户，向两个不同的地址分别转账5NULS，正常情况下，两笔转账之后，该账户的余额应该为0，但是此人发起的是双花交易，想要在转账之后，仍然保留5NULS的余额。

由于nonce值必须连续，两笔交易的nonce值如果连续，两笔交易就会被先后确认，该账户的资产余额，在账本中会经过两次更新，最后变成0，从而避免双花；当两笔交易的nonce值相同时，两笔交易就不会被打包在同一条链中，会形成分叉链，最终被打包在最长链中的交易，将会被保留，而另一笔交易则会被丢弃，从而避免双花。

未确认交易的nonce值

由于在许多业务场景中，需要在短时间内连续发起多笔交易，所以在NULS2.0中，为了满足这样的业务需求，交易模块允许在短时间内，连续发起多笔交易，这些交易在未被确认之前，会缓存在未确认交易池中。但是未确认交易的nonce值，依然遵循上面提到的原则，从而避免双花，保证交易的正确性。

锁定资产维护

在创建节点、委托挖矿等业务场景中，需要对资产进行锁定，我们可以把这样的交易理解为锁定资产交易。在NULS2.0中，因为资产锁定之后，想要解锁，是根据对应的交易一笔一笔解锁的，所以账本模块会为每个账户维护一个锁定资产表格。

这个表格存储了每笔交易nonce值哈希的后8位，以及每笔锁定资产交易锁定的金额，这样通过账本中记录的账户余额和锁定资产金额，就可以知道该账户的可用资产是多少。当用户解锁资产时，根据nonce值哈希的后8位，就知道解锁的是哪一笔交易对应的资产。

账本验证

当用户发起一笔交易时，交易需要在账本模块中进行验证，验证的流程如下：

用户发起交易，交易验证环节发起账本验证请求；账本首先对交易nonce值进行验证，如果验证失败，返回验证不通过，验证成功，进入下面的流程；账本对交易中账户的资产余额进行验证，如果验证失败，返回验证不通过，验证成功，代表账本验证成功。

更新账本

账本的更新是从发起一笔交易开始的，为了便于理解，我们列出整个交易的主要流程：

用户发起一笔交易，账户模块对交易进行签名；系统对交易信息进行验证，包括基础验证和业务验证；交易管理模块将交易存放到未确认交易池中，等待确认；交易被广播之后，被打包进区块，区块需要进行验证；区块验证通过，交易得到最终确认，交易管理模块存储交易数据；账本模块根据交易，更新账户对应的余额和nonce值。

其他

账本模块启动时需要依赖的模块

账本模块在启动时，可以不依赖任何模块。