挖矿与区块创建

相关源文件

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• core/block_validator.go
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• core/types/transaction_test.go
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• miner/miner.go
• miner/miner_test.go
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本文档介绍了 go-ethereum 中负责挖矿和区块创建的系统，该系统通过从交易池中选择交易、执行它们并将最终区块准备好进行共识验证来构造新区块。该系统同时处理传统的挖矿场景和现代的权益证明（Proof-of-Stake）负载构建。

有关交易池管理和验证的信息，请参阅 交易处理。有关共识机制和区块验证的详细信息，请参阅共识包文档。

架构概述

geth 中的挖矿系统围绕几个协同工作的关键组件构建，以创建有效的区块。

挖矿系统架构

来源：miner/miner.go67-78 miner/worker.go46-63 core/state_transition.go235-252

区块创建流程

区块创建过程遵循一个结构化的序列，从初始化到交易执行再到最终区块组装。

区块创建序列

来源：miner/worker.go97-156 miner/miner.go136-139 core/state_processor.go207-214

关键组件

矿工 (Miner)

Miner 结构体作为区块创建操作的主要协调者。

字段	类型	目的
config	*Config	挖矿配置参数
chainConfig	*params.ChainConfig	链特定的协议参数
engine	consensus.Engine	区块最终确定的共识引擎
txpool	*txpool.TxPool	待处理交易的来源
chain	*core.BlockChain	区块链状态和历史
pending	*pending	待处理区块生成的缓存

矿工暴露了几个关键方法：

• BuildPayload() - 外部区块请求的主要入口点
• Pending() - 返回当前待处理区块
• SetExtra()、SetGasCeil()、SetGasTip() - 配置更新

来源：miner/miner.go67-78 miner/miner.go136-174

环境

environment 结构体代表构建单个区块的工作上下文。

此环境是为每个区块全新创建的，并维护区块构建过程中所需的所有状态。

来源：miner/worker.go46-63

区块生成工作流程

区块生成过程分几个阶段实现：

1. 工作准备（prepareWork）

此阶段设置初始区块环境。

• 确定父区块。
• 验证和调整时间戳。
• 构造具有适当字段（Gas 上限、基础费用等）的区块头。
• 初始化状态数据库和 EVM 上下文。
• 处理系统调用（信标链根、父哈希存储）。

来源：miner/worker.go158-238

2. 交易填充（fillTransactions）

交易选择过程。

• 从交易池中检索待处理交易，并进行动态费用过滤。
• 将交易分为优先池和普通池。
• 按 Gas 价格和 Nonce 对交易进行排序。
• 尝试在 Gas 和 Blob 容量限制内包含尽可能多的有效交易。

系统维护常规交易和 Blob 交易的独立池，具有不同的选择标准。

来源：miner/worker.go428-485

3. 交易承诺（commitTransactions）

对于每笔选定的交易：

• 检查 Gas 和 Blob 空间是否可用。
• 根据当前状态验证交易。
• 使用 ApplyTransaction 应用交易。
• 通过跳过无效交易或丢弃整个账户队列来处理错误。
• 更新 Gas 池和 Blob 计数器。

来源：miner/worker.go319-426

4. 区块最终确定

最后阶段包括：

• 收集共识层请求（EIP-6110 存款、EIP-7002 提款、EIP-7251 合并）。
• 计算请求哈希并更新区块头。
• 通过 FinalizeAndAssemble 进行共识引擎最终确定。
• 费用计算和结果打包。

来源：miner/worker.go121-156

交易执行

区块构建期间的交易执行使用了核心状态转换机制。

交易执行流程

该系统使用状态快照来确保失败的交易不会破坏区块状态。

来源：miner/worker.go265-317 core/state_processor.go207-214

共识集成

挖矿系统通过 consensus.Engine 接口与共识层集成。

• 区块头准备：engine.Prepare() 允许共识引擎修改区块头字段。
• 区块最终确定：engine.FinalizeAndAssemble() 执行最终的共识特定处理。
• 系统调用：在区块构建过程中会调用各种 EIP 规定的系统合约。

对于合并后（PoS）的操作，Engine API 提供了验证者请求使用特定参数构建区块的外部接口。

来源：miner/worker.go207-212 miner/worker.go143-146

配置与参数

影响区块创建的关键配置参数：

参数	目的	默认
GasCeil	区块目标 Gas 上限。	36,000,000
GasPrice	交易包含的最低 Gas 价格。	1 Gwei
Recommit	区块构建时间限制。	2 秒
ExtraData	包含在区块头中的附加数据。	空

矿工还通过 SetPrioAddresses() 支持优先包含特定地址的交易。

来源：miner/miner.go43-63 miner/worker.go454-466