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分析比特幣網(wǎng)絡(luò)：一種去中心化、點對點的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

fjcgreat / 3575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)一種去中心化點對點的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)原文已更新，請讀者前往原文閱讀比特幣采用了基于互聯(lián)網(wǎng)的點對點分布式網(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)的點對點（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)點的集合。
本文來分析下比特幣網(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)點的。

中心化網(wǎng)絡(luò)

為了更好的理解P2P網(wǎng)絡(luò)，我們先來看看傳統(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等之間沒法直接的連接，C節(jié)點如果要連接必須要通過中心化S節(jié)點做為橋梁。
中心化節(jié)點充當(dāng)服務(wù)者、中介作用，比如我們沒有辦法把資金直接從一個人轉(zhuǎn)移給另一個人，必須通過銀行這個中介。

P2P網(wǎng)絡(luò)

P2P網(wǎng)絡(luò)是指位于同一網(wǎng)絡(luò)中的每臺計算機(jī)都彼此對等，各個節(jié)點共同提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，不存在任何“特殊”節(jié)點，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以扁平（flat）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相互連通。

對比中心化網(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)點之間交互連接、協(xié)同，每個節(jié)點在對外提供服務(wù)的同時也使用網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點所提供的服務(wù)，每個節(jié)點即是服務(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的風(fēng)險（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）

如何發(fā)現(xiàn)節(jié)點

既然每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都是平等的（是指在網(wǎng)絡(luò)層面上節(jié)點是平等的，但各節(jié)點在功能上可以有不同的分工, 如錢包節(jié)點、挖礦節(jié)點等），不存在任何“特殊”中心節(jié)點，那么當(dāng)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點啟動后，它是如何跟其他的節(jié)點建立連接，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)點只要連接“特殊”的中心節(jié)點就可以加入網(wǎng)絡(luò)。

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

節(jié)點會記住它最近成功連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，當(dāng)重新啟動后它可以迅速與先前的對等節(jié)點網(wǎng)絡(luò)重新建立連接。

節(jié)點會在失去已有連接時嘗試發(fā)現(xiàn)新節(jié)點。

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

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

在節(jié)點啟動時，可以給節(jié)點指定一個正活躍節(jié)點IP, 如果沒有，客戶端也維持一個列表，列出了那些長期穩(wěn)定運(yùn)行的節(jié)點。這樣的節(jié)點也被稱為種子節(jié)點（其實和BT下載的種子文件道理是一樣的），就可以通過種子節(jié)點來快速發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點。

節(jié)點通信簡述

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

當(dāng)節(jié)點連接到相鄰節(jié)點后，接著就開始跟相鄰節(jié)點同步區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)（輕量級錢包應(yīng)用其實不會同步所有區(qū)塊數(shù)據(jù)），節(jié)點們會交換一個getblocks消息，它包含本地區(qū)塊鏈最頂端的哈希值。如果某個節(jié)點識別出它接收到的哈希值并不屬于頂端區(qū)塊，而是屬于一個非頂端區(qū)塊的舊區(qū)塊，就說其自身的本地區(qū)塊鏈比其他節(jié)點的區(qū)塊鏈更長，并告訴其他節(jié)點需要補(bǔ)充區(qū)塊，其他節(jié)點發(fā)送getdata消息來請求區(qū)塊，驗證后更新到本地區(qū)塊鏈中。

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