区块链中的P2P

区块链中P2P介绍

• p2p是什么
• 为何区块链须要P2P
• 比特币、以太坊、超级帐本和EOS的P2P对比

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P2P是什么

P2P做为区块链网络中去中心化的标识
P2P全称对等式网络（peer-to-peer），又称点对点技术，是无中心服务器、依靠用户群（peers）交换信息的互联网体系；与有中心服务器的中央网络系统不一样，对等网络的每一个用户端既是一个节点，也有服务器的功能，任何一个节点没法直接找到其余节点，必须依靠其户群进行信息交流。

优点

1. 可在网络的中央及边缘区域共享内容和资源。在客户端/服务器网络中，一般只能在网络的中央区域共享内
2. 由对等方组成的网络易于扩展，并且比单台服务器更加可靠。单台服务器会受制于单点故障，或者会在网络使用率偏高时，形为瓶颈。
3. 由对等方组成的网络可共享处理器，整合计算资源以执行分布式计算任务，而不仅是单纯依赖一台计算机，如一台超级计算机。
4. 用户可直接访问对等计算机上的共享资源。网络中的对等方可直接在本地存储器上共享文件，而没必要在中央服务器上进行共享。

p2p网络的三个特性

• 离散性：构成系统的节点并无任何中央式的协调机制。
• 伸缩性：即便有成千上万个节点，系统仍然应该十分有效率。
• 容错性：即便节点不断地加入、离开或是中止工做，系统仍然必须达到必定的可靠度。

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为何区块链会选择P2P做为网络基础

上面介绍P2P的时候说过，他是无中心服务器的，中心服务器就意味着，当受到攻击的时候，中心服务器一旦宕机，整个网络和服务就会出现问题。而P2P网络的优点在于，每一个节点既是客户端又是服务端，因此当受到攻击时，任何一台机器垮掉，也不会影响总体的服务。
区块链的核心是去中心化，这和P2P网络的观念不约而同，因此选择P2P的理由也就很充分。

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经过区块链技术学习P2P

首先看一下P2P的总体技术点：

• 首先是如何发现peers，在P2P网络中，发现节点是最开始、最重要和最难的一部分；
• 节点之间创建连接；发现节点以后，就要进行握手连接，肯定节点之间的通讯协议等
• 节点之间的通讯；连接创建以后，就能够正常的进行通讯了；

以上三点解决以后，基本就能够实现一个简单的P2P网络。若是想要实现一个比较完整的P2P网络，固然还有不少的细节须要考虑，好比说，节点发现协议，快速定位节点，安全性，节点的加入和退出机制，节点的心跳保活等。咱们主要介绍的是DHT分布式哈希表的知识点；

比特币、以太坊、超级帐本和EOS都使用了DHT的具体实现；

链类型	使用的P2P协议
区块链	Gossip协议
超级帐本	Gossip协议
以太坊	Kademlia协议
EOS	本身实现的P2P协议 (待研究)

比特币

• 节点发现
  　　新节点启动后，想要参与协同运做，必须发现其余的比特币节点，也就是至少须要发现一个比特币网络中的节点，并创建联系。

　　　新节点找到对等体的方法：
　　　- 种子节点：使用多个DNS服务器（比特币节点专用）来解析比特币节点的IP。
　　　- 节点引荐：若是不知道DNS，则必须知道至少一个比特币节点的IP。

• 节点连接
  节点向peer节点发送version消息开始握手，peer节点须要检验版本，秘钥等数据，验证经过，会返回verack消息。
  握手消息完成，节点发送包含本身IP地址和addr的消息给peer节点，对等节点收到，继续向它的对等节点发出addr消息，这样新节点的IP地址就会在P2P网络中广播出去（Gossip协议的Rumor-Mongering）；

由于网络中，节点能够随时加入和离开，因此全部的节点必须在一个节点退出的时候，寻找新节点，而且在其余节点启动的时候，对其进行帮组。

超级帐本

以太坊
以太坊使用的是kademlia协议，简称Kad协议，具体的Kad协议在其余的文章中介绍。本文咱们只须要知道Kad使用UDP进行节点间消息通讯，每一个节点根据与邻居节点距离之间的距离(NodeID的差距)，分别放到不一样的桶(bucket)中，且有4种消息

• ping - 用于探测其余节点是否还存在
• store - 接收者受到后，将信息中key/value对存储在本节点
• findnode - 接受者向发送者返回 k 个它知道的与目标结点距离最近的节点
• findvalue - 和findnode 差很少，区别是若是接收者本地存在与目标结点对应的value，那么就回复这个值给发送者。

以太坊中的P2P网络是比较完整的，很值得学习，有发现、子协议和Nat映射等模块。咱们主要讲解的是发现模块；
总体结构：

结构名	做用
Server	本地客户端服务
Node	节点的信息
table	存储peer节点的结构
udp	底层节点的通信协议

Server

当本地启动一个客户端，并配置好静态peer节点的配置信息以后，启动的Server会进行三个操做

• 主动发现邻居
• ECDH密钥创建，确认身份并进行身份验证
• 连接已经创建，确认生层交换协议，并运行这些协议

Node

Node节点惟一的表示网络中的一个以太坊节点，而且Node节点有以下的信息：

• IP地址
• 链接使用的UDP/TCP端口号
• ID：以太坊网络中惟一标识一个节点，本质上是一个椭圆曲线公钥(PublicKey)，与Server的PrivateKey对应。一个节点的IP地址不必定是固定的，但ID是惟一的。
• 用于节点间的距离计算的sha

table

Table主要用来管理与本节点与其余节点的链接的创建更新删除：

• bucket - 全部peer按与本节点的距离远近放在不一样的桶(bucket)中
• refreshReq - 更新Table请求通道

Table会循环的监控并对peer节点进行刷新

• 定时(30s)启动Peer刷新过程的定时器
• 接收其余线程投递到Table的刷新Peer链接的通知，当收到该通知时启动更新
• 定时从新检查以链接节点的有效性的定时器

udp

udp的底层接受数据包循环，负责接收其余节点的packet，并将解析后的信息交给另外一个循环处理，这个循环处理负责控制消息的向上递交和收发控制

节点发现的流程：

• 邻居初始化

  1. 当一个节点启动后，它会首先向配置的静态节点发起链接，发起链接的过程称为Dial，此时的Dial须要知道IP地址，若是不知道须要有一个解析IP的过程（根据ID来解析）

  2. 创建链接，下面两个都成功则加入table中：

     1. 秘钥连接和确认
     2. 上层协议确认

• 探活检测(Revalidate)

  • 有效性检测就是利用ping消息进行探活操做。Table启动了一个定时器（0~10s），按期随机选择一个bucket，向其末尾的节点发送ping消息，若是对方回应了pong，则探活成功。

• 更新邻居关系

  • 按期（定时器超时）或不按期（收到refreshReq）地进行更新邻居关系（发现新邻居），二者都调用doRefresh()方法，该方法对在网络上查找离自身和三个随机节点最近的若干个节点。

EOS