了解以太坊的P2P网络

 P2P技术有可能通过利用终端设备的丰富资源来缓解集中式系统的缺点，并且自20世纪90年代以来已被eMule，bitTorrent和Skype等流行软件采用。它也是区块链系统的关键组成部分，如比特币或以太网，也就是Shyft网络衍生自的系统。大多数人都听说过P2P，但不知道究竟是什么。

什么是P2P网络？

点对点（P2P）网络是一种覆盖网络 - 也就是说，它建立在公共互联网之上。在数学上，它可以被视为有向图G =（V，E），其中V是网络中的对等体集合，E是对等体之间的链接集合。每个对等体 p具有唯一的标识号pid。E中的链接（p，q）表示p具有向q发送消息的直接路径; 也就是说，p可以使用q的pid作为目的地通过网络向q发送消息。虽然在底层TCP / IP网络中，类似的IP地址可以转换到附近的物理位置，但很少有这种直接相关。

理想情况下，所有对等体都应通过路径连接。由于各个对等体仅具有网络拓扑和对等成员资格的不完整视图，因此覆盖依赖于中间对等体以将消息转发到覆盖的正确区域。图结构在每对对等体之间提供多条路径，并且通过在对等节点改变的情况下启用连通性来促进弹性。在每个对等级别，图表的连接性反映在与其他对等方的邻接关系中。当对等体加入或离开网络时，相邻对等体可能具有不正确的邻接信息。覆盖维护机制用于保持邻接信息的更新，从而保持所有节点之间的连通性。

P2P网络的参与者将其部分资源提供给其他网络参与者。每个对等体都提供计算周期（CPU），磁盘存储和网络带宽，而无需中央协调实例。与传统的客户端 - 服务器模型相比，同行既是供应商又是网络资源的消费者 - 只有服务器供应和客户消费。因此，P2P网络有可能解决客户端 - 服务器模型的局限性，例如可扩展性和单点故障。

对于加入P2P覆盖的对等体，通常存在最小资源贡献阈值。资源贡献应该是公平的。公平性标准可以规定，例如，任何对等体的平均贡献应该在P2P系统的总体平均值的统计界限内。资源贡献也应该是互利的。如果利益与所贡献的资源相当，则激励用户参与P2P应用程序。

以太坊的P2P网络如何运作？ 

官方的以太坊客户端节点软件Geth基于称为Kademlia DHT的覆盖维护机制实现其对等发现协议（RLPx节点发现协议）。虽然Kademlia旨在有效地定位和存储P2P网络中的内容，但以太坊的P2P网络仅用于发现新的同伴。

Kademlia 

在以太坊网络中，每个客户端节点与一个enode ID相关联，然后进行散列将SHA3转换为256位值。Kademlia通过XOR度量定义距离，因此两个256位数之间的距离是它们的按位异或。每个对等体具有由256个不同桶组成的数据结构，其中桶i存储关于距其自己的节点ID在距离2 ^（i-1）到2 ^ i处的16个对等体的信息。为了发现一个新的对等体，以太坊节点选择自己作为目标x，在其桶中查找最接近目标x的16个节点，并要求它们各自从它们的桶“返回”更接近目标x的16个节点，从而导致最多16x16个新发现的节点。从这些16x16个新发现的节点中，最接近目标x的16个节点然后被要求返回更接近x的16个节点。该过程迭代地继续，直到找不到新节点。

同行通讯

Geth使用UDP连接来交换有关P2P网络的信息。有四种类型的UDP消息。一平消息请求乒乓球在返回消息。这对消息用于确定相邻节点是否响应。甲findnode消息请求的邻居包含业经响应节点16个节点的列表的消息。建立对等连接后，Geth节点通过加密和认证的TCP连接交换区块链信息。

数据结构

Geth客户端在两个数据结构中存储有关其他节点的信息。第一个是名为db的长期数据库，它存储在磁盘上并在客户端重新启动后持续存在。该数据库包含每个客户端已经看到节点的信息。每个db条目包括节点ID，IP地址，TCP端口，UDP端口，发送到节点的最后一次ping的时间，从节点接收的最后一个pong的时间，以及节点未能响应findnode消息的次数。如果从节点收到的最后一个pong的时间超过1天，则该节点将从db中删除。

第二个数据结构是一个名为table的短期数据库。客户端重新启动时，该表为空。该表由256个桶组成，每个桶最多可容纳16个条目。每个条目记录有关另一个以太坊节点的信息-其节点ID，IP地址，TCP端口和UDP端口。如果节点连续4次以上未对findnode做出响应，则将从表中删除该节点。

当客户端首次启动时，它具有一个空数据库，并且只知道六个硬编码的引导程序节点。然后，当客户端开始发现对等体时，它会根据上述机制将它们添加到db和table。

（作者：曲速未来安全区，内容来自链得得内容开放平台“得得号”；本文仅代表作者观点，不代表链得得官方立场）