深入理解比特币原理4----比特币网络设计

本文参照于 https://shuwoom.com/?p=449 以及<<精通比特币>>

P2P网络

区块链网络是去中心化的网络，是一个P2P网络（Peer-to-Peer）网络。网络中不存在中央化的服务和层级结构，每个节点都是对等的节点，各个节点共同提供网络服务。即是客户端，又是服务器。

一、节点角色和分工

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、通信模型

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 *** 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紧张，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