這篇“區(qū)塊鏈的P2P網(wǎng)絡是什么”文章的知識點大部分人都不太理解，所以小編給大家總結了以下內(nèi)容，內(nèi)容詳細，步驟清晰，具有一定的借鑒價值，希望大家閱讀完這篇文章能有所收獲，下面我們一起來看看這篇“區(qū)塊鏈的P2P網(wǎng)絡是什么”文章吧。

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P2P網(wǎng)絡

如果我們簡單來看 P2P 技術，它的應用領域已經(jīng)非常廣泛了，從流媒體到點對點通訊、從文件共享到協(xié)同處理，多種領域都有它的身影出現(xiàn)。

同樣的，P2P 的網(wǎng)絡協(xié)議也有很多，比較常見的有 BitTorrent、ED2K、Gnutella、Tor 等，也就是我們常說的 BT 工具和電驢。

比特幣、以太坊等眾多數(shù)字貨幣都實現(xiàn)了屬于自己的 P2P 網(wǎng)絡協(xié)議，但是這種模式并不同于以上討論的 P2P 網(wǎng)絡協(xié)議，所以本講重點主要是區(qū)塊鏈技術的 P2P 技術，也就是比特幣和以太坊的 P2P 網(wǎng)絡。

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網(wǎng)絡連接與拓撲結構

1. 網(wǎng)絡連接

除去少數(shù)支持 UDP 協(xié)議的區(qū)塊鏈項目外，絕大部分的區(qū)塊鏈項目所使用的底層網(wǎng)絡協(xié)議依然是 TCP/IP 協(xié)議。

所以從網(wǎng)絡協(xié)議的角度來看，區(qū)塊鏈其實是基于 TCP/IP 網(wǎng)絡協(xié)議的，這與 HTTP 協(xié)議、SMTP 協(xié)議是處在同一層，也就是應用層。

在“區(qū)塊鏈的常見誤區(qū)”這篇文章中，我們提到了“區(qū)塊鏈是否會顛覆互聯(lián)網(wǎng)”這一說法，如果要是認真分析的話，它顛覆的層面其實最多只到 HTTP 協(xié)議，不能再多了。

以 HTTP 協(xié)議為代表的、與服務端的交互模式在區(qū)塊鏈上被徹底打破了，變更為完全的點對點拓撲結構，這也是以太坊提出的 Web3.0 的由來。

比特幣的 P2P 網(wǎng)絡是一個非常復雜的結構，考慮到礦池內(nèi)部的挖礦交互協(xié)議與輕節(jié)點。我們僅僅討論全節(jié)點這種場景下的 P2P 網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)與路由。

比特幣的 P2P 網(wǎng)絡基于 TCP 構建，主網(wǎng)默認通信端口為 8333。

以太坊的 P2P 網(wǎng)絡則與比特幣不太相同，以太坊 P2P 網(wǎng)絡是一個完全加密的網(wǎng)絡，提供 UDP 和 TCP 兩種連接方式，主網(wǎng)默認 TCP 通信端口是 30303，推薦的 UDP 發(fā)現(xiàn)端口為 30301。

2. 拓撲結構

P2P 網(wǎng)絡拓撲結構有很多種，有些是中心化拓撲，有些是半中心化拓撲，有些是全分布式拓撲結構。

比特幣全節(jié)點組成的網(wǎng)絡是一種全分布式的拓撲結構，節(jié)點與節(jié)點之間的傳輸過程更接近“泛洪算法”，即：交易從某個節(jié)點產(chǎn)生，接著廣播到臨近節(jié)點，臨近節(jié)點一傳十十傳百，直至傳播到全網(wǎng)。

全節(jié)點與 SPV 簡化支付驗證客戶端之間的交互模式，更接近半中心化的拓撲結構，也就是 SPV 節(jié)點可以隨機選擇一個全節(jié)點進行連接，這個全節(jié)點會成為 SPV 節(jié)點的代理，幫助 SPV 節(jié)點廣播交易。

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節(jié)點發(fā)現(xiàn)

節(jié)點發(fā)現(xiàn)是任何區(qū)塊鏈節(jié)點接入?yún)^(qū)塊鏈 P2P 網(wǎng)絡的第一步。 這與你孤身一人去陌生地方旅游一樣，如果沒有地圖和導航，那你只能拽附近的人問路，“拽附近的人問路”的這個動作就可以理解成節(jié)點發(fā)現(xiàn)。

節(jié)點發(fā)現(xiàn)可分為初始節(jié)點發(fā)現(xiàn)，和啟動后節(jié)點發(fā)現(xiàn)。初始節(jié)點發(fā)現(xiàn)就是說你的全節(jié)點是剛下載的，第一次運行，什么節(jié)點數(shù)據(jù)都沒有。啟動后發(fā)現(xiàn)表示正在運行的錢包已經(jīng)能跟隨網(wǎng)絡動態(tài)維護可用節(jié)點。

1. 初始節(jié)點發(fā)現(xiàn)

在比特幣網(wǎng)絡中，初始節(jié)點發(fā)現(xiàn)一共有兩種方式。

第一種叫做 DNS-seed，又稱 DNS 種子節(jié)點，DNS 就是中心化域名查詢服務，比特幣的社區(qū)維護者會維護一些域名。

比如 seed.bitcoin.sipa.be 這個域名就是由比特幣的核心開發(fā)者 Sipa 維護的，如果我們通過 nslookup 會發(fā)現(xiàn)大約二十多個 A 紀錄的 IPv4 主機地址。

我們通過 nc 命令嘗試連接域名下的某個主機的 8333 端口會發(fā)現(xiàn)連接成功，運行結構如下。

$ nc -nvv 149.202.179.35 8333found 0 associations
found 1 connections:
     1: flags=82
 outif en0
 src 192.168.1.104 port 62125
 dst 149.202.179.35 port 8333
 rank info not available
 TCP aux info available
Connection to 149.202.179.35 port 8333 [tcp/*] succeeded!

第二種方式就是，代碼中硬編碼（ hard-code ）了一些地址，這些地址我們稱之為種子節(jié)點（seed-node），當所有的種子節(jié)點全部失效時，全節(jié)點會嘗試連接這些種子節(jié)點。

用在以太坊中，思路也大致相同，也是在代碼中硬編碼（hard-code）了一些種子節(jié)點做類似的工作。

2. 啟動后節(jié)點發(fā)現(xiàn)

在 Bitcoin 的網(wǎng)絡中，一個節(jié)點可以將自己維護的對等節(jié)點列表 (peer list) 發(fā)送給臨近節(jié)點，所以在初始節(jié)點發(fā)現(xiàn)之后，你的節(jié)點要做的第一件事情就是向對方要列表：“快把你的節(jié)點列表給我復制一份?！?/p>

所以在每次需要發(fā)送協(xié)議消息的時候，它會花費固定的時間嘗試和已存的節(jié)點列表中的節(jié)點建立鏈接，如果有任何一個節(jié)點在超時之前可以連接上，就不用去 DNS seed 獲取地址，一般來說，這種可能性很小，尤其是全節(jié)點數(shù)目非常多的情況下。

而在以太坊網(wǎng)絡中，也會維護類似的一個節(jié)點列表 (NodeTable)，但是這個節(jié)點列表與比特幣的簡單維護不同，它采用了 P2P 網(wǎng)絡協(xié)議中一個成熟的算法，叫做 Kademlia 網(wǎng)絡，簡稱 KAD 網(wǎng)絡。

它使用了 DHT 來定位資源，全稱 Distributed Hash Table，中文名為分布式哈希表。KAD 網(wǎng)絡會維護一個路由表，用于快速定位目標節(jié)點。由于 KAD 網(wǎng)絡基于 UDP 通信協(xié)議，所以以太坊節(jié)點的節(jié)點發(fā)現(xiàn)是基于 UDP 的，如果找到節(jié)點以后，數(shù)據(jù)交互又會切換到 TCP 協(xié)議上。

3. 黑名單與長連接

公有區(qū)塊鏈面臨的網(wǎng)絡環(huán)境是非常開放的，任何人只要下載好錢包，打開運行就進入了這個 P2P 網(wǎng)絡，這也會帶來被攻擊的可能。

所以在比特幣的代碼中，會有一段去控制邏輯，你可以手動將你認為可疑的節(jié)點移除并加入禁止列表，同時去配置可信的節(jié)點。當然，以上并不屬于客戶端的標準協(xié)議的一部分，任何人都可以實現(xiàn)屬于自己的 P2P 網(wǎng)絡層。

以太坊上有針對賬戶進行的黑名單處理，但是這屬于業(yè)務層。我沒有找到很詳盡的資料，所以你有興趣的話，可以自己嘗試一下。

不過總的來說，黑名單我們也可以通過操作系統(tǒng)的防火墻去處理，這并不算一個特別棘手的問題。

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局域網(wǎng)穿透

前面我們說到了區(qū)塊鏈的 P2P 網(wǎng)絡結構是一種全分布式的拓撲結構。但是，如今我們的網(wǎng)絡環(huán)境是由局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)組成的。也就是說，當你在局域網(wǎng)運行一個區(qū)塊鏈節(jié)點，在公網(wǎng)是發(fā)現(xiàn)不了的，公網(wǎng)上的節(jié)點只能被動接受連接，并不能主動發(fā)起連接。

如果這個局域網(wǎng)是你可以控制的，那么很好說，咱們只需要在 VPC 網(wǎng)絡中配置路由，將公網(wǎng) IP 和端口映射到局域網(wǎng)中你的 IP 和端口即可。

這個條件是非?？量痰?，那么到底有沒有一種方案可以自行建立映射呢？答案是：有，就是 NAT 技術和 UPnP 協(xié)議。

NAT 技術非常常見，這里使用的是源 NAT，簡而言之就是替換 TCP 報文中的源地址并映射到內(nèi)網(wǎng)地址。

UPnP 是通用即插即用（Universal Plug and Play）的縮寫，它主要用于設備的智能互聯(lián)互通，所有在網(wǎng)絡上的設備馬上就能知道有新設備加入。

這些設備彼此之間能互相通信，更能直接使用或者控制它，一切都不需要人工設置。有關 UPnP 的資料比較多，這里就不贅述了，你可以自行搜索相關的信息。

比特幣和以太坊均使用了 UPnP 協(xié)議作為局域網(wǎng)穿透工具，只要局域網(wǎng)中的路由設備支持 NAT 網(wǎng)關功能、支持 UPnP 協(xié)議，即可將你的區(qū)塊鏈節(jié)點自動映射到公網(wǎng)上。

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節(jié)點交互協(xié)議

一旦節(jié)點建立連接以后，節(jié)點之間的交互是遵循一些特定的命令，這些命令寫在消息的頭部，消息體寫的則是消息內(nèi)容。

命令分為兩種，一種是請求命令，一種是數(shù)據(jù)交互命令。

節(jié)點連接完成要做的第一件事情叫做握手操作。這一點在比特幣和以太坊上的流程是差不多的，就是相互問候一下，提供一些簡要信息。

比如先交換一下版本號，看看是否兼容。只是以太坊為握手過程提供了對稱加密，而比特幣沒有。

握手完畢之后，無論交互什么信息，都是需要保持長連接的，在比特幣上有 PING/PONG 這兩種類型的消息，這很明顯就是用于保持節(jié)點之間長連接的心跳而設計的；而在以太坊的設計中，將 PING/PONG 協(xié)議移到了節(jié)點發(fā)現(xiàn)的過程中。

請求命令一般分為發(fā)起者請求，比如比特幣中的 getaddr 命令是為了獲取對方的可用節(jié)點列表，inv 命令則提供了數(shù)據(jù)傳輸，消息體中會包含一個數(shù)據(jù)向量。

我們說區(qū)塊鏈最重要的功能就是同步區(qū)塊鏈，而同步區(qū)塊恰巧是最考驗 P2P 網(wǎng)絡能力的。 區(qū)塊同步方式分為兩種，第一種叫做 HeaderFirst，它提供了區(qū)塊頭先同步，同步完成以后再從其他節(jié)點獲得區(qū)塊體。

第二種叫做 BlockFirst，這種區(qū)塊同步的方式比較簡單粗暴，就是從其他節(jié)點獲取區(qū)塊必須是完整的。第一種方案提供了較好的交互過程，減輕了網(wǎng)絡負擔。這兩種同步方式會直接體現(xiàn)在節(jié)點交互協(xié)議上，他們使用的命令邏輯完全不同。

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