以太坊:科普 | 理解以太坊的 P2P 网络_MBL

作者:LarryHu

翻译&校对:haiki&阿剑

来源：以太坊爱好者

此文旨在帮助你理解P2P网络，并阐述一些以太坊的实现细节。P2P技术利用终端设备的丰富资源，能够缓解中心化系统的短板，而且从九十年代开始，这项技术就已经被eMule，bitTorrent和Skype等知名软件所采用。P2P技术也是比特币或者以太坊区块链系统的核心组件。很多人都听说过P2P，但是不知道它到底是什么。那就让我们从了解什么是P2P网络开始吧。

什么是P2P网络？

点对点网络是一种网络覆盖层——就是说，它是建立在公开互联网之上的。从数学的角度来说，P2P网络可以被视作一个有向图G=(V,E)，其中V是网络中的对等节点集合，E?是对等节点所连成的边的集合。每个对等节点p都有一个独一无二的标识号pid。集合E中的边指p可通过直接相连的路径向q发送消息；也就是说，p使用q的pid作为目的地址，在网络之上向q发送消息。尽管在底层的TCP/IP网络中，相似的IP地址可以转译为在地理位置上相互接近，但很少有这么明确的直接关联。

国务院：推进科普与区块链技术深度融合:为贯彻落实党中央、国务院关于科普和科学素质建设的重要部署，依据《中华人民共和国科学技术进步法》、《中华人民共和国科学技术普及法》制定《全民科学素质行动规划纲要（2021－2035年）》，其中要求实施智慧科普建设工程。推进科普与区块链等技术深度融合，强化需求感知、用户分层、情景应用理念，推动传播方式、组织动员、运营服务等创新升级，加强“科普中国”建设，强化科普信息落地应用，与智慧教育、智慧城市、智慧社区等深度融合。（新华社）[2021/7/10 0:40:52]

理想情况下，所有的对等节点间都应该有一条路径相连。但因为每个节点对网络拓扑和其他对等节点只有一个不完整的视图，所以网络覆盖层需要中间节点将消息转发至正确目的。图的结构为每对节点提供了多条中间路径，因此就算对等节点改变，也可通过图的连通性提供网络的恢复能力。对每个对等节点来说，图的连通性通过与其他对等节点的邻接关系来反映。当对等节点加入或者离开网络，邻接的对等节点可能会持有不正确的邻接信息。因此使用网络覆盖层维护机制保存更新的邻接信息，使得所有节点间保持连通性。

IMF今日发布的加密货币科普视频实为两年前旧闻，且存在诸多疏漏:国际货币基金组织IMF今日在推特上发布了一条关于加密货币的科普视频，这段时长两分钟的视频最初发布于2018年6月。该视频称加密货币是“货币进化的下一步”，但没有特别提到DLT、区块链，甚至是代币名称等术语。BTC、XRP和ETH只出现在说明加密交易的图形中。尽管这段视频到目前为止已经获得了超过13.7万的点击量和2900个赞，但来自加密社区的许多反应都是批评的，他们指出了信息中的漏洞和似乎具有误导性的措辞。

Reddit用户nanooverbtc称：“他们犯了很多错误，比如把私钥称为密码。”该视频也没有讨论挖矿或加密货币供应。Kraken策略师Pierre Rochard等知名人士表示：“可证明的稀缺性是比特币有趣的原因，你忘了提这一点。”（Cointelegraph）[2020/8/24]

TRON数字钱包科普资料《波场钱包的现在过去与未来》已上线:据最新消息显示，由TokenPocket联合波场TRON官方，以及 TokenPocket 社区志愿者共同撰写的《波场钱包的现在过去与未来》已正式上线。《波场钱包的现在过去与未来》又称为波场钱包小白书，详细介绍了当前TRON钱包与TRON生态密切结合的实例，是目前市面上最为详细的TRON数字钱包科普资料。波场钱包作为波场公链生态中极为重要的入口，是波场生态的重要构成要素。波场钱包从一开始只提供权限管理、转账收款、节点投票等基础功能，到如今不仅可以为用户提供法币交易、闪兑和去中心化交易所等方便快捷的交易服务，还能让用户直接在钱包上体验波场上DApp，挖矿、DeFi、Staking等资产增值服务。详情见原文链接。[2020/8/20]

P2P网络中的参与者向其他网络参与者提供部分资源。不需要中心化的协调者，每个对等节点都可贡献计算周期，磁盘存储和网络带宽。传统的客户端-服务器模型中，服务器提供资源，客户端使用资源；与之相对的，在P2P网络中，对等节点既是网络资源的供应者，也是消费者。因此，P2P网络可以很好地解决客户端-服务器模型下的一些短板，比如可扩展性和单点故障。

动态 | 币安科普MimbleWimble算法:币安官方推特今日发布隐私算法Mimblewimble的科普贴，在下方留言区大量网友留言猜测是否是基于 Mimblewimble算法的隐私币Grin或者Beam即将登陆币安交易所，其中猜测Grin的呼声更高。[2019/9/2]

一般来说，P2P网络会有一个门槛，节点的资源贡献高于这个门槛才能加入网络。度量资源贡献的标准应该是公平的，比如说，要求网络中每个对等节点的平均贡献应该在P2P系统总体平均值的统计范围内等。资源贡献应该是双方互惠的。付出贡献后可得到的利益，吸引着用户加入P2P应用。

以太坊的P2P网络是如何工作的？

以太坊的官方客户端节点软件?Geth，基于一种覆盖层维护机制实现了对等节点发现协议。虽然Kademlia是为了在P2P网络中有效地定位和存储内容而设计的，以太坊的P2P网络只用它来发现新的对等节点。

中科院自动化研究所将面向大中小学生开展区块链等主题的科普讲座:5月21日，新华网讯，今年，中国科学院自动化研究所将举办第十四届“自动化之光”公众科学开放日活动。届时，自动化所将面向大中小学生分别开展《脑与智能》、《区块链技术与平行智能》、《大数据时代的视觉智能》、《动画真奇妙》等4个主题报告，用实例和生动的演示深入浅出地为大家揭示智能技术的原理和奥妙。[2018/5/21]

Kademlia

以太坊网络中，每个客户端节点都配备有一个?

enode?ID，之后将此ID用SHA3算法

散列为一个256位的值。Kademlia使用XOR操作定义距离，因此两个256位的数字之间的距离是他们的按位异或值。每个对等节点都拥有一个包含256个不同的桶的数据结构，每个桶i中存储与本节点距离在2

i-1?到2

i?之间的16个节点。为了发现一个新的对等节点，以太坊节点选择自己作为目标x，从桶中寻找到16个与目标x最近的节点，之后请求这16个节点，让它们从自己的桶中各找出16个与目标x“更近”的节点并返回，这样以来，会得到至多16x16个新发现的节点。之后请求这16x16个新发现的节点中离目标x最近的16个节点，让它们返回与x更近的16个节点。这个过程持续迭代，直到没有新节点被发现。

-异或操作示意图-

-bucket与距离对应的示意图-

对等节点间通信

Geth使用UDP连接交换P2P网络的信息。有4种类型的UDP消息。一条?

*ping*?消息请求一条?

*pong*?消息作为返回。此对消息用来判断相邻节点是否可响应。一条?

*findnode*?消息请求一条?

*neighbors*?消息作为返回。当建立好对等节点的连接之后，Geth节点通过加密和认证的TCP连接来交换区块链信息。

数据结构

Geth客户端用两种数据结构存储其他节点的信息。第一种是称作?

db?的长期数据库，它存储在磁盘内，客户端重启之后数据也是持久存在的。

db?中包含客户端交互过的每个节点信息。db的每条记录包含节点ID，IP地址，TCP端口，UDP端口，最后一次向节点发送ping的时间，最后一次从节点收到pong的时间，节点响应?

findnode?消息的失败次数。如果最后一次从一个节点收到?

pong?消息的时间超过了一天，此节点将会被移出db。

第二种数据结构是称作?table?的短期数据库。当客户端重启时?table?是空的。table?包含256个桶，每个桶存储至多16条记录。每条记录存储其他以太坊节点的信息——节点的ID，IP地址，TCP端口和UDP端口。如果记录中的某个节点对于?findnode?消息连续响应失败，多于4次时将被移出table。

当某个客户端第一次启动时，它的db是空的，只知道6个硬编码的引导节点。随后，当客户端开始发现对等节点，客户端依据上面描述的机制，将节点加入db和table。

如果你想查阅更多关于以太坊P2P网络的内容，可以参见下面一些由以太坊社区成员贡献的文章：

“RLPxNodeDiscoveryProtocol”byFelixLange,Gustav-Simmonsson,andRomanMandeleil

“PeertoPeer”byFelixLange

“KademliaPeerSelection”byJamesRay

参考：

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

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