TAB:科普 | 理解以太坊的 P2P 網絡_Stable ICHI

作者:LarryHu

翻譯&校對:haiki&阿劍

來源：以太坊愛好者

此文旨在幫助你理解P2P網絡，并闡述一些以太坊的實現細節。P2P技術利用終端設備的豐富資源，能夠緩解中心化系統的短板，而且從九十年代開始，這項技術就已經被eMule，bitTorrent和Skype等知名軟件所采用。P2P技術也是比特幣或者以太坊區塊鏈系統的核心組件。很多人都聽說過P2P，但是不知道它到底是什么。那就讓我們從了解什么是P2P網絡開始吧。

什么是P2P網絡？

點對點網絡是一種網絡覆蓋層——就是說，它是建立在公開互聯網之上的。從數學的角度來說，P2P網絡可以被視作一個有向圖G=(V,E)，其中V是網絡中的對等節點集合，E?是對等節點所連成的邊的集合。每個對等節點p都有一個獨一無二的標識號pid。集合E中的邊指p可通過直接相連的路徑向q發送消息；也就是說，p使用q的pid作為目的地址，在網絡之上向q發送消息。盡管在底層的TCP/IP網絡中，相似的IP地址可以轉譯為在地理位置上相互接近，但很少有這么明確的直接關聯。

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

動態 | 新浪財經：官媒針對區塊鏈的報道從科普宣傳轉向打假監管:據新浪財經今日消息，“1025新政”滿月，一個月間，官媒對區塊鏈的態度風向已轉。據11月初的一項統計，七家黨媒在新政一周內發布了65篇直接相關報道，當時文章中的關鍵詞是數據、產業、安全、創新等，大量文章偏向于科普區塊鏈的概念以及應用介紹，提醒警惕虛擬貨幣炒作的僅有3篇。近期，官媒的批評焦點則紛紛指向借區塊鏈之名進行的虛擬貨幣發行和炒作行為。據統計，新華網、人民網收錄轉載的，以打擊虛擬貨幣或揭露假借區塊鏈行騙為主題的文章，自10月25日到11月25日午間，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周內就高達15篇。這些文章主要圍繞三個觀點展開：厘清區塊鏈和虛擬貨幣的關系，說明二者概念不等；打擊偽“區塊鏈”騙局，或是虛擬貨幣騙局揭露；提醒民眾，區塊鏈不能成為炒作的噱頭，更不是行騙的招牌，需警惕此類活動，理性投資。[2019/11/26]

理想情況下，所有的對等節點間都應該有一條路徑相連。但因為每個節點對網絡拓撲和其他對等節點只有一個不完整的視圖，所以網絡覆蓋層需要中間節點將消息轉發至正確目的。圖的結構為每對節點提供了多條中間路徑，因此就算對等節點改變，也可通過圖的連通性提供網絡的恢復能力。對每個對等節點來說，圖的連通性通過與其他對等節點的鄰接關系來反映。當對等節點加入或者離開網絡，鄰接的對等節點可能會持有不正確的鄰接信息。因此使用網絡覆蓋層維護機制保存更新的鄰接信息，使得所有節點間保持連通性。

聲音 | 浪潮集團云南分公司總經理：云南區塊鏈產業發展需從“科普”到“專精”不斷深化:據昆明日報消息，浪潮集團云南分公司總經理鄭昕表示，云南區塊鏈產業發展需從“科普”到“專精”不斷深化。下一步，浪潮將繼續加大云南農業產業高質量發展體系建設力度，重點以普洱茶等云南優勢產業為切入點，打造云南“綠色、有機農產品高地”的品牌形象，并在此基礎上，開展基于區塊鏈的供應鏈金融服務，解決中小企業貸款難、貸款貴問題。[2019/11/11]

P2P網絡中的參與者向其他網絡參與者提供部分資源。不需要中心化的協調者，每個對等節點都可貢獻計算周期，磁盤存儲和網絡帶寬。傳統的客戶端-服務器模型中，服務器提供資源，客戶端使用資源；與之相對的，在P2P網絡中，對等節點既是網絡資源的供應者，也是消費者。因此，P2P網絡可以很好地解決客戶端-服務器模型下的一些短板，比如可擴展性和單點故障。

聲音 | ETC Labs主管：科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰:ETCLabs主管Darin Kotalik認為，科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰，人們必須要對區塊鏈有基本的認識，分清楚公鏈和私鏈的區別。[2019/8/25]

一般來說，P2P網絡會有一個門檻，節點的資源貢獻高于這個門檻才能加入網絡。度量資源貢獻的標準應該是公平的，比如說，要求網絡中每個對等節點的平均貢獻應該在P2P系統總體平均值的統計范圍內等。資源貢獻應該是雙方互惠的。付出貢獻后可得到的利益，吸引著用戶加入P2P應用。

以太坊的P2P網絡是如何工作的？

以太坊的官方客戶端節點軟件?Geth，基于一種覆蓋層維護機制實現了對等節點發現協議。雖然Kademlia是為了在P2P網絡中有效地定位和存儲內容而設計的，以太坊的P2P網絡只用它來發現新的對等節點。

中科院自動化研究所將面向大中小學生開展區塊鏈等主題的科普講座:5月21日，新華網訊，今年，中國科學院自動化研究所將舉辦第十四屆“自動化之光”公眾科學開放日活動。屆時，自動化所將面向大中小學生分別開展《腦與智能》、《區塊鏈技術與平行智能》、《大數據時代的視覺智能》、《動畫真奇妙》等4個主題報告，用實例和生動的演示深入淺出地為大家揭示智能技術的原理和奧妙。[2018/5/21]

Kademlia

以太坊網絡中，每個客戶端節點都配備有一個?

enode?ID，之后將此ID用SHA3算法

散列為一個256位的值。Kademlia使用XOR操作定義距離，因此兩個256位的數字之間的距離是他們的按位異或值。每個對等節點都擁有一個包含256個不同的桶的數據結構，每個桶i中存儲與本節點距離在2

i-1?到2

i?之間的16個節點。為了發現一個新的對等節點，以太坊節點選擇自己作為目標x，從桶中尋找到16個與目標x最近的節點，之后請求這16個節點，讓它們從自己的桶中各找出16個與目標x“更近”的節點并返回，這樣以來，會得到至多16x16個新發現的節點。之后請求這16x16個新發現的節點中離目標x最近的16個節點，讓它們返回與x更近的16個節點。這個過程持續迭代，直到沒有新節點被發現。

-異或操作示意圖-

-bucket與距離對應的示意圖-

對等節點間通信

Geth使用UDP連接交換P2P網絡的信息。有4種類型的UDP消息。一條?

*ping*?消息請求一條?

*pong*?消息作為返回。此對消息用來判斷相鄰節點是否可響應。一條?

*findnode*?消息請求一條?

*neighbors*?消息作為返回。當建立好對等節點的連接之后，Geth節點通過加密和認證的TCP連接來交換區塊鏈信息。

數據結構

Geth客戶端用兩種數據結構存儲其他節點的信息。第一種是稱作?

db?的長期數據庫，它存儲在磁盤內，客戶端重啟之后數據也是持久存在的。

db?中包含客戶端交互過的每個節點信息。db的每條記錄包含節點ID，IP地址，TCP端口，UDP端口，最后一次向節點發送ping的時間，最后一次從節點收到pong的時間，節點響應?

findnode?消息的失敗次數。如果最后一次從一個節點收到?

pong?消息的時間超過了一天，此節點將會被移出db。

第二種數據結構是稱作?table?的短期數據庫。當客戶端重啟時?table?是空的。table?包含256個桶，每個桶存儲至多16條記錄。每條記錄存儲其他以太坊節點的信息——節點的ID，IP地址，TCP端口和UDP端口。如果記錄中的某個節點對于?findnode?消息連續響應失敗，多于4次時將被移出table。

當某個客戶端第一次啟動時，它的db是空的，只知道6個硬編碼的引導節點。隨后，當客戶端開始發現對等節點，客戶端依據上面描述的機制，將節點加入db和table。

如果你想查閱更多關于以太坊P2P網絡的內容，可以參見下面一些由以太坊社區成員貢獻的文章：

“RLPxNodeDiscoveryProtocol”byFelixLange,Gustav-Simmonsson,andRomanMandeleil

“PeertoPeer”byFelixLange

“KademliaPeerSelection”byJamesRay

參考：

VasiliosDarlagiannis,(2010).P2PSystemsandOverlayNetworks,Retrieved

from:?https://www.iti.gr/iti/files/document/seminars/p2p_eketa_090610_v2.pdf

S.UmamaheswariandDr.V.Leela,(2011,Mar.01).P2POverlayMaintenanceAlgorithm,Retrievedfrom:?http://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1260/1748-3018.6.3.555

?

Tags：區塊鏈以太坊NODETAB什么叫做區塊鏈技術的概念以太坊交易所清算WhiteNode TokenStable ICHI

幣安app官方下載最新版