区块链中的网络设计

2023-11-06 15:59
文章标签 设计 区块 网络 链中

本文主要是介绍区块链中的网络设计,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

    自从考了计算机三级网络技术之后就对点对点网络产生了浓厚的兴趣,在对p2p网络进行更深一步的研究之后,就接触了比特币,从而了解到了区块链这门技术,从此无法自拔。

    区块链网络是去中心化的网络,是一个P2P的网络。在区块链的网络体系中是不存在中心化的服务器和各种层次结构,每一个节点都是对等的,各个节点共同提供网络服务。同时是客服端和服务器。

一、节点的角色分工

    区块链P2P网络中,虽然每个节点是对等的,但是根据各个节点所提供的功能不同,可以将节点分为几种类型。每个节点都是区块链数据库、网络路由、挖矿和钱包服务的功能集合。

下面是区块链网络中3个重要的角色:

(1)全节点:包含完整区块链、网络路由、矿工和钱包的服务。

(2)矿工:包含完整区块链、网络路由、矿工服务,不包含钱包服务。

(3)轻量钱包(SPV):仅包含网络路由和钱包的服务。

二、核心场景

下面我们是考虑一个通用的区块链网络所必须要有的核心场景,实现这些场景,基本上区块链P2P网络的基本原型就出来了。

(1)节点接入P2P网络

(2)矿工、全节点同步区块链(下载最新区块、交易)

(3)轻量钱包创建一笔交易

(4)矿工、全节点接收交易

(5)矿工、全节点挖出新区块,并广播到网络中

(6)矿工、全节点接收广播的区块

三、通行模型

在第二部分,我们列举出了区块链P2P网络的6个核心场景,下面我们针对上述6个场景,设计相应的通信协议。

(1)握手通信

 

    一个新节点在刚加入区块链网络的时候,需要对种子节点建立链接,通过种子节点与区块链网络建立联系。这里种子节点可以是网络中公共的DNS种子节点,也可以是自己设定的已知节点地址。

备注:在没有进行握手通信前,是不能进行下面其他操作的。 

<发送:version消息,包括:version(区块链版本号)、当前节点区块高度BestHeight、本节点地址addfrom

<响应:返回verack消息,包括:version(区块链版本号)、当前节点区块高度BestHeight、本节点地址addfrom

(2)地址广播及发现

    节点在加入区块链网络以后,需要广播自己的地址,让其他网络的节点知道自己的节点信息。同时,与其他相邻节点建立联系。

<发送:getaddr消息,让对方节点返回其已知的相邻节点地址列表,包括:本节点地址addfrom

<响应:返回addr消息,包括:节点地址信息

(3)区块链同步

  由于区块链P2P网络中,每个节点都会维护一份区块链数据,但是节点之间维护的数据不一定是最新的,所以需要节点之间同步最新区块链的数据,最终让全网络维护一份一致的区块链数据。

<发送:getblocks消息,请求一个区块哈希的列表(告诉我你有什么区块),包括本节点地址addfrom

<响应:inv消息,告诉其他节点当前节点有什么块和交易(区块哈希和交易哈希),包括:本节点地址addfrom、类型type(表明这个区块还是交易)、区块哈希列表或交易哈希列表items

(4)获取某个区块或交易完整信息

<发送:getdata消息,用于请求某个块或交易的完整信息,包括:节点地址addfrom、类型type(表明请求的是区块还是交易)、区块哈希或交易哈希id

<响应:block消息,返回完整区块信息,包括:节点地址addfrom和区块完整数据。或响应tx消息,返回完整交易信息,包括:节点地址addfrom和交易完整数据

(5)检测节点存活

<发送:ping消息,用于检测节点是否存活

<响应:pong消息,返回pong消息,告诉对方节点还存活

(6)广播一个交易

<发送:向相邻节点发送send_tx消息,广播创建的新交易:包括:节点地址addfrom交和交易哈希id

(7)广播一个区块

<发送:向相邻节点发送send_block消息,广播挖出的新区块:包括节点地址addfrom交和区块哈希id

四、消息类型

节点之间通信的数据结构如下,不同的command对应不同的payload内容

message

以下是不同command类型对应的payload数据

version

payload:

verack

payload:

getaddr

    getaddr消息向一个节点发送获取已知活动端的请求,以识别网络中的节点。回应这个消息的方法是发送包含已知活动端信息的addr消息。一般的,一个3小时内发送过消息的节点被认为是活动的。这个消息没有附加payload数据 

addr

payload:

getblocks

    发送此消息以期返回一个包含编号从hash_start到hash_stop的block列表的inv消息。若hash_start到hash_stop的block数超过500,则在500处截止。欲获取后面的block散列,需要重新发送getblocks消息。

payload:

inv

payload:

getdata

getdata用于应答inv消息来获取指定对象,它通常在接收到inv包并滤去已知元素后发送。

payload:

tx

tx消息描述一笔比特币交易,用于应答getdata消息。

payload:

txin的结构:

txout的结构:

block

block消息用于响应请求交易信息的getdata消息。

payload:

参考:

[1] 比特币协议说明。https://en.bitcoin.it/wiki/Protocol_documentation

 

[2] https://github.com/liuchengxu/blockchain-tutorial/blob/master/content/part-7/network.md

[3] 比特币网络。http://book.8btc.com/books/1/master_bitcoin/_book/6/6.html 

 

原文链接:https://shuwoom.com/?p=449

欢迎关注本人微信公众号,里面会定时更新区块链相关的知识,以太坊的最新进展和我目前所参与开发的公链技术都会在里面更新

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

这篇关于区块链中的网络设计的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/357599

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