分析比特幣網(wǎng)絡(luò)：一種去中心化、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

fjcgreat 發(fā)布于2019-06-27 18:12 / 3444人閱讀

摘要：本文首發(fā)于深入淺出區(qū)塊鏈社區(qū)原文鏈接分析比特幣網(wǎng)絡(luò)一種去中心化點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)原文已更新，請(qǐng)讀者前往原文閱讀比特幣采用了基于互聯(lián)網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。比特幣網(wǎng)絡(luò)可以認(rèn)為是按照比特幣協(xié)議運(yùn)行的一系列節(jié)點(diǎn)的集合。

本文首發(fā)于深入淺出區(qū)塊鏈社區(qū)
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比特幣采用了基于互聯(lián)網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P：peer-to-peer）分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
比特幣網(wǎng)絡(luò)可以認(rèn)為是按照比特幣P2P協(xié)議運(yùn)行的一系列節(jié)點(diǎn)的集合。
本文來(lái)分析下比特幣網(wǎng)絡(luò)，了解它跟傳統(tǒng)中心化網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別，以及比特幣網(wǎng)絡(luò)是如何發(fā)現(xiàn)相鄰節(jié)點(diǎn)的。

中心化網(wǎng)絡(luò)

為了更好的理解P2P網(wǎng)絡(luò)，我們先來(lái)看看傳統(tǒng)的中心化模型：

這是一種典型的星型（“中心化”）結(jié)構(gòu)，我們常見(jiàn)B/S及C/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)就是這種模型，C1 、C2 、C3等之間沒(méi)法直接的連接，C節(jié)點(diǎn)如果要連接必須要通過(guò)中心化S節(jié)點(diǎn)做為橋梁。
中心化節(jié)點(diǎn)充當(dāng)服務(wù)者、中介作用，比如我們沒(méi)有辦法把資金直接從一個(gè)人轉(zhuǎn)移給另一個(gè)人，必須通過(guò)銀行這個(gè)中介。

P2P網(wǎng)絡(luò)

P2P網(wǎng)絡(luò)是指位于同一網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都彼此對(duì)等，各個(gè)節(jié)點(diǎn)共同提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，不存在任何“特殊”節(jié)點(diǎn)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以扁平（flat）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相互連通。

對(duì)比中心化網(wǎng)絡(luò)，在P2P網(wǎng)絡(luò)中不存在任何服務(wù)端（server）、中央化的服務(wù)。
P2P網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間交互連接、協(xié)同，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在對(duì)外提供服務(wù)的同時(shí)也使用網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)所提供的服務(wù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)即是服務(wù)端又是客戶端。
P2P網(wǎng)絡(luò)模型除應(yīng)用于比特幣網(wǎng)絡(luò)，使用廣泛的BT下載就是基于P2P網(wǎng)絡(luò)。

P2P網(wǎng)絡(luò)不僅僅去除了中心化帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)（中心化可能作惡），還可以提高傳輸?shù)男?。（中心化網(wǎng)絡(luò)當(dāng)能也有優(yōu)點(diǎn)）

如何發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)

既然每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都是平等的（是指在網(wǎng)絡(luò)層面上節(jié)點(diǎn)是平等的，但各節(jié)點(diǎn)在功能上可以有不同的分工, 如錢包節(jié)點(diǎn)、挖礦節(jié)點(diǎn)等），不存在任何“特殊”中心節(jié)點(diǎn)，那么當(dāng)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)后，它是如何跟其他的節(jié)點(diǎn)建立連接，從而加入到比特幣網(wǎng)絡(luò)呢？

在中心化網(wǎng)絡(luò)中，新加入的節(jié)點(diǎn)只要連接“特殊”的中心節(jié)點(diǎn)就可以加入網(wǎng)絡(luò)。

為了能夠加入到比特幣網(wǎng)絡(luò)，比特幣客戶端會(huì)做一下幾件事情：

節(jié)點(diǎn)會(huì)記住它最近成功連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)重新啟動(dòng)后它可以迅速與先前的對(duì)等節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)重新建立連接。

節(jié)點(diǎn)會(huì)在失去已有連接時(shí)嘗試發(fā)現(xiàn)新節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)建立一個(gè)或多個(gè)連接后，節(jié)點(diǎn)將一條包含自身IP地址消息發(fā)送給其相鄰節(jié)點(diǎn)。相鄰節(jié)點(diǎn)再將此消息依次轉(zhuǎn)發(fā)給它們各自的相鄰節(jié)點(diǎn)，從而保證節(jié)點(diǎn)信息被多個(gè)節(jié)點(diǎn)所接收、保證連接更穩(wěn)定。

新接入的節(jié)點(diǎn)可以向它的相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送獲取地址getaddr消息，要求它們返回其已知對(duì)等節(jié)點(diǎn)的IP地址列表。節(jié)點(diǎn)可以找到需連接到的對(duì)等節(jié)點(diǎn)。

在節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)，可以給節(jié)點(diǎn)指定一個(gè)正活躍節(jié)點(diǎn)IP, 如果沒(méi)有，客戶端也維持一個(gè)列表，列出了那些長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)。這樣的節(jié)點(diǎn)也被稱為種子節(jié)點(diǎn)（其實(shí)和BT下載的種子文件道理是一樣的），就可以通過(guò)種子節(jié)點(diǎn)來(lái)快速發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)。

節(jié)點(diǎn)通信簡(jiǎn)述

比特幣節(jié)點(diǎn)通常采用TCP協(xié)議、使用8333端口與相鄰節(jié)點(diǎn)建立連接, 建立連接時(shí)也會(huì)有認(rèn)證“握手”的通信過(guò)程，用來(lái)確定協(xié)議版本，軟件版本，節(jié)點(diǎn)IP，區(qū)塊高度等。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)連接到相鄰節(jié)點(diǎn)后，接著就開(kāi)始跟相鄰節(jié)點(diǎn)同步區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)（輕量級(jí)錢包應(yīng)用其實(shí)不會(huì)同步所有區(qū)塊數(shù)據(jù)），節(jié)點(diǎn)們會(huì)交換一個(gè)getblocks消息，它包含本地區(qū)塊鏈最頂端的哈希值。如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)識(shí)別出它接收到的哈希值并不屬于頂端區(qū)塊，而是屬于一個(gè)非頂端區(qū)塊的舊區(qū)塊，就說(shuō)其自身的本地區(qū)塊鏈比其他節(jié)點(diǎn)的區(qū)塊鏈更長(zhǎng)，并告訴其他節(jié)點(diǎn)需要補(bǔ)充區(qū)塊，其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送getdata消息來(lái)請(qǐng)求區(qū)塊，驗(yàn)證后更新到本地區(qū)塊鏈中。

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