區塊鏈中的P2P

區塊鏈中P2P介紹

• p2p是什麼
• 爲何區塊鏈須要P2P
• 比特幣、以太坊、超級帳本和EOS的P2P對比

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P2P是什麼

P2P做爲區塊鏈網絡中去中心化的標識
P2P全稱對等式網絡（peer-to-peer），又稱點對點技術，是無中心服務器、依靠用戶羣（peers）交換信息的互聯網體系；與有中心服務器的中央網絡系統不一樣，對等網絡的每一個用戶端既是一個節點，也有服務器的功能，任何一個節點沒法直接找到其餘節點，必須依靠其戶羣進行信息交流。

優點

1. 可在網絡的中央及邊緣區域共享內容和資源。在客戶端/服務器網絡中，一般只能在網絡的中央區域共享內
2. 由對等方組成的網絡易於擴展，並且比單臺服務器更加可靠。單臺服務器會受制於單點故障，或者會在網絡使用率偏高時，形爲瓶頸。
3. 由對等方組成的網絡可共享處理器，整合計算資源以執行分佈式計算任務，而不僅是單純依賴一臺計算機，如一臺超級計算機。
4. 用戶可直接訪問對等計算機上的共享資源。網絡中的對等方可直接在本地存儲器上共享文件，而沒必要在中央服務器上進行共享。

p2p網絡的三個特性

• 離散性：構成系統的節點並無任何中央式的協調機制。
• 伸縮性：即便有成千上萬個節點，系統仍然應該十分有效率。
• 容錯性：即便節點不斷地加入、離開或是中止工做，系統仍然必須達到必定的可靠度。

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爲何區塊鏈會選擇P2P做爲網絡基礎

上面介紹P2P的時候說過，他是無中心服務器的，中心服務器就意味着，當受到攻擊的時候，中心服務器一旦宕機，整個網絡和服務就會出現問題。而P2P網絡的優點在於，每一個節點既是客戶端又是服務端，因此當受到攻擊時，任何一臺機器垮掉，也不會影響總體的服務。
區塊鏈的核心是去中心化，這和P2P網絡的觀念不約而同，因此選擇P2P的理由也就很充分。

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經過區塊鏈技術學習P2P

首先看一下P2P的總體技術點：

• 首先是如何發現peers，在P2P網絡中，發現節點是最開始、最重要和最難的一部分；
• 節點之間創建連接；發現節點以後，就要進行握手連接，肯定節點之間的通訊協議等
• 節點之間的通訊；連接創建以後，就能夠正常的進行通訊了；

以上三點解決以後，基本就能夠實現一個簡單的P2P網絡。若是想要實現一個比較完整的P2P網絡，固然還有不少的細節須要考慮，好比說，節點發現協議，快速定位節點，安全性，節點的加入和退出機制，節點的心跳保活等。咱們主要介紹的是DHT分佈式哈希表的知識點；

比特幣、以太坊、超級帳本和EOS都使用了DHT的具體實現；

鏈類型	使用的P2P協議
區塊鏈	Gossip協議
超級帳本	Gossip協議
以太坊	Kademlia協議
EOS	本身實現的P2P協議 (待研究)

比特幣

• 節點發現
  　　新節點啓動後，想要參與協同運做，必須發現其餘的比特幣節點，也就是至少須要發現一個比特幣網絡中的節點，並創建聯繫。

　　　新節點找到對等體的方法：
　　　- 種子節點：使用多個DNS服務器（比特幣節點專用）來解析比特幣節點的IP。
　　　- 節點引薦：若是不知道DNS，則必須知道至少一個比特幣節點的IP。

• 節點連接
  節點向peer節點發送version消息開始握手，peer節點須要檢驗版本，祕鑰等數據，驗證經過，會返回verack消息。
  握手消息完成，節點發送包含本身IP地址和addr的消息給peer節點，對等節點收到，繼續向它的對等節點發出addr消息，這樣新節點的IP地址就會在P2P網絡中廣播出去（Gossip協議的Rumor-Mongering）；

由於網絡中，節點能夠隨時加入和離開，因此全部的節點必須在一個節點退出的時候，尋找新節點，而且在其餘節點啓動的時候，對其進行幫組。

超級帳本

以太坊
以太坊使用的是kademlia協議，簡稱Kad協議，具體的Kad協議在其餘的文章中介紹。本文咱們只須要知道Kad使用UDP進行節點間消息通訊，每一個節點根據與鄰居節點距離之間的距離(NodeID的差距)，分別放到不一樣的桶(bucket)中，且有4種消息

• ping - 用於探測其餘節點是否還存在
• store - 接收者受到後，將信息中key/value對存儲在本節點
• findnode - 接受者向發送者返回 k 個它知道的與目標結點距離最近的節點
• findvalue - 和findnode 差很少，區別是若是接收者本地存在與目標結點對應的value，那麼就回復這個值給發送者。

以太坊中的P2P網絡是比較完整的，很值得學習，有發現、子協議和Nat映射等模塊。咱們主要講解的是發現模塊；
總體結構：

結構名	做用
Server	本地客戶端服務
Node	節點的信息
table	存儲peer節點的結構
udp	底層節點的通信協議

Server

當本地啓動一個客戶端，並配置好靜態peer節點的配置信息以後，啓動的Server會進行三個操做

• 主動發現鄰居
• ECDH密鑰創建，確認身份並進行身份驗證
• 連接已經創建，確認生層交換協議，並運行這些協議

Node

Node節點惟一的表示網絡中的一個以太坊節點，而且Node節點有以下的信息：

• IP地址
• 鏈接使用的UDP/TCP端口號
• ID：以太坊網絡中惟一標識一個節點，本質上是一個橢圓曲線公鑰(PublicKey)，與Server的PrivateKey對應。一個節點的IP地址不必定是固定的，但ID是惟一的。
• 用於節點間的距離計算的sha

table

Table主要用來管理與本節點與其餘節點的鏈接的創建更新刪除：

• bucket - 全部peer按與本節點的距離遠近放在不一樣的桶(bucket)中
• refreshReq - 更新Table請求通道

Table會循環的監控並對peer節點進行刷新

• 定時(30s)啓動Peer刷新過程的定時器
• 接收其餘線程投遞到Table的刷新Peer鏈接的通知，當收到該通知時啓動更新
• 定時從新檢查以鏈接節點的有效性的定時器

udp

udp的底層接受數據包循環，負責接收其餘節點的packet，並將解析後的信息交給另外一個循環處理，這個循環處理負責控制消息的向上遞交和收發控制

節點發現的流程：

• 鄰居初始化

  1. 當一個節點啓動後，它會首先向配置的靜態節點發起鏈接，發起鏈接的過程稱爲Dial，此時的Dial須要知道IP地址，若是不知道須要有一個解析IP的過程（根據ID來解析）

  2. 創建鏈接，下面兩個都成功則加入table中：

     1. 祕鑰連接和確認
     2. 上層協議確認

• 探活檢測(Revalidate)

  • 有效性檢測就是利用ping消息進行探活操做。Table啓動了一個定時器（0~10s），按期隨機選擇一個bucket，向其末尾的節點發送ping消息，若是對方迴應了pong，則探活成功。

• 更新鄰居關係

  • 按期（定時器超時）或不按期（收到refreshReq）地進行更新鄰居關係（發現新鄰居），二者都調用doRefresh()方法，該方法對在網絡上查找離自身和三個隨機節點最近的若干個節點。

EOS