區塊鏈P2P網絡協議的演進過程

發布時間：2020-02-10所屬分類：計算機職稱論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要：筆者謹就區塊鏈P2P網絡協議的演進過程進行闡述與分析。區塊鏈技術的網絡層通信協議為點對點結構，筆者以此為基石，搭建了區塊鏈網絡層，憑借其去中心化及點對點的獨到特性，可擺脫中心服務器對網絡層的限制與束縛。現階段的主流區塊鏈技術包括比特幣、

　　摘要：筆者謹就區塊鏈P2P網絡協議的演進過程進行闡述與分析。區塊鏈技術的網絡層通信協議為點對點結構，筆者以此為基石，搭建了區塊鏈網絡層，憑借其去中心化及點對點的獨到特性，可擺脫中心服務器對網絡層的限制與束縛。現階段的主流區塊鏈技術包括比特幣、以太坊及超級賬本三種類型，筆者以這三種類型為對象對區塊鏈技術應用的優缺點進行分析，并為區塊鏈P2P網絡協議的進一步完善提供參考。

　　關鍵詞：區塊鏈;P2P網絡協議;比特幣

　　1 引言

　　P2P網絡優勢在于：去中心化，可基于全部節點，實現區塊鏈資源及服務的均衡分布，并利用共識機制，為區塊鏈一致性提供保障;可拓展性，區塊鏈節點可以自由增加并減少，實現網絡系統的拓展;健壯性，缺乏中心節點的情況下，對區塊鏈的攻擊對象不明確，即使某些節點被破壞，區塊鏈的安全性也不會受到太大的影響，因而可加強區塊鏈與P2P網絡的相互結合。

　　2 區塊鏈P2P網絡類型

　　2.1中心化P2P網絡

　　中心化P2P網絡十分依賴中心服務器，并將接入節點地址數據作為網絡核心。區塊鏈技術環境下，普通網絡節點與中心服務器相連，掌握節點地址，以便于進行節點通訊。Napster作為世界知名MP3共享軟件，所采用的網絡結構就是中心化P2P網絡，通過該網絡，實現音樂文件與保存文件的相互關聯，用戶可通過在對某文件進行查找時了解到的節點存儲位置，實現點對點的連接，獲取該MP3文件的共享。中心服務器的應用，可對網絡穩定性造成決定性影響，若中心服務器存在問題，則P2P網絡會癱瘓，P2P網絡中心向用戶提供索引與節點通信。

　　2.2全分布、非結構P2P網絡

　　該網絡結構下，P2P網絡節點具備較大自由性，不存在中心節點的限制，以及同一的結構化標準，以隨機圖的形式提供網絡服務。該網絡結構中，Gnutella協議較為知名，該協議是一種點對點的搜索系統，通過洪泛技術發現節點并轉發節點，通過TTL減值以有效控制傳播次數。但同時，過于自由的網絡機制，會導致P2P網絡信息難以被新的入網節點所掌握，影響節點入網，同時導致網絡結構的穩定性受到影響，資源大量被無端消耗，并造成網絡阻塞。

　　2.3全分布、結構化P2P網絡

　　該結構的應用中，節點地址管理是其中較為嚴重的問題，節點之間缺少規則限制的情況下，節點信息難以精準定位，需要進行查找，造成網絡消耗。而全分布、結構化P2P網絡，采用哈希表，以加密散列函數，對節點地址數據加以規范，該方式應用并不存在固定的網絡結構，但需要基于固定的結構圖進行網絡節點管理。為此，以太坊采用節點橢圓加密轉換的方式實現節點區分，精準定位節點地址。

　　2.4半分布式P2P網絡

　　該網絡結構兼具中心化及分布式兩種結構的優勢，劃分網絡節點，打造半分布式網絡結構，由超級節點對網絡節點地址加以維護，以保證中心服務器的功能性得以凸顯。超級節點為分布式節點，具備入網及退出的自由性。其中具有代表性的應用為Kazza。半分布式結構將節點劃分為普通節點及超級節點，超級節點的確定可基于普通節點，或可自行單獨配置[1]。

　　3 區塊鏈P2P網絡協議演進

　　3.1比特幣及P2P網絡

　　為滿足節點入網需求，其一，種子節點。種子節點為具備長期穩定性的網絡節點，將其編寫至代碼中，初步啟動種子節點，即可向入網節點提供節點地址。從而保證新節點與其他節點的相互連接，并獲取相依的地址列表。其二，地址廣播。該技術的應用，是以某網絡節點作為中介與橋梁，通過該節點獲取其他節點地址，該技術的具體應用，包括主動廣播及主動獲取兩種方式。其三，建立地址數據庫。該技術的應用，是出于避免種子節點連接站及帶寬限制，對地址廣播中的節點地址信息加以保存，形成數據庫，若兩個已建立連接的節點之間，一段時間內未有數據通信，則一個節點向另一節點發送信息，接收信息的節點回復響應報文，以維持連接。

　　3.2以太坊及P2P網絡

　　以太坊的P2P網絡，是以比特幣的P2P網絡結構為基礎的，其交易系統與比特幣十分相近，并強調打造以區塊鏈為基礎的生態環境，對以太坊及其分布式應用加以拓展。以太坊搭建了分布式信息通訊平臺及存儲平臺，基于網絡節點，實現對于其他節點地址的精準定位，通過DTH技術保證網絡的結構化。以哈希算法進行數據散列，形成散列數據表，為每個網絡節點提供用以維護的數據支撐。網絡節點上分布散列表，任何網絡節點都具備其獨特的IP信息，可查找其他節點，并被其他節點定位。以太坊通過DHT機制加以維護，但該維護機制過于復雜，因此在網絡節點高頻率變化的情況下，該機制難以適應。另外，以太坊通過Kad協議以實現對網絡節點地址的快速查找與精準定位。

　　3.3超級賬本及P2P網絡

　　比特幣及以太坊高速發展的情況下，區塊鏈技術也得以快速拓展，由網絡代幣交易系統，拓展至企業問題應對方案，包括物流體系等，可進行去中心化調整，實現對于貨物的精準追蹤，避免信息被篡改。超級賬本可提供企業級區塊鏈服務，在該P2P網絡結構中，網絡節點權限不同，需要經過超級節點處理交易。超級賬本并未實現去中心化，但節點的劃分可提升網絡效率[2]。

　　4 對比分析

　　對不同的P2P網絡結構進行對比分析，明確其優勢與缺陷，并充分考量網絡應用的實際需求。常見的區塊鏈技術，應用于網絡代幣系統中，出于對P2P網絡結構進行直觀對比與分析的考量，從網絡結構構成層面進行分析，具體的對比分析項目包括區中心化程度、節點接入網效率等方面。

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　　首先，進行去中心化程度的對比。比特幣代幣系統的出現及成功，愈發提高了區塊鏈去中心化特征的知名度。無論比特幣還是以太坊，都具備完全去中心化的優勢，這一點并不等同于傳統中心金融機構的完全中心化。區塊鏈P2P網絡節點具有相同權限，無論種子節點還是普通節點，都具備一定的網絡架構，去中心化程度較高。超級節點功能與去中心化服務器相同，采用分布式集群，其去中心化程度低于比特幣等代幣，但高于銀行系統。

　　其次，節點的網絡接入效率。效率越高，則服務水平越高。在接入網絡時，需要明確節點接入區塊鏈網絡，并實現區塊賬本信息同步。銀行中心系統的完全中心化環境下，節點接入效率最高。但比特幣及以太坊，需要實現全部區塊的同步，才可進行共識挖礦�？紤]到比特幣的網絡節點可直接廣播節點地址，因此相較于以太坊，其具有更高的節點發現效率。

　　最后，隱私保護層面�；�礎的隱私保護是保護身份標志，高等的因素保護是不保存用戶登錄及使用信息。區塊鏈技術的去中心化特性，對隱私保護提出要求。節點IP信息是物理地理信息的集合，可以代表用戶身份信息。多用戶使用相同物理節點的情況下，可通過身份信息實現用戶定位并對用戶行為進行追蹤。以太坊通過DHT對IP信息進行保存，以預防攻擊，其賬戶并不包含身份信息，而比特幣通過洪泛廣播，具體的網絡節點難以定位。同時對節點地址信息加以保護，賬戶匿名，以保護用戶隱私[3]。

　　5 結 語

　　區塊鏈P2P網絡結構中，網絡節點向全網開啟，可通過任一節點進行去中心化的比特幣交易，但同時也給新的網絡節點入網造成困難。針對這一問題，比特幣、以太坊及超級賬本各自提出相應的解決辦法，并且不斷推動區塊鏈P2P網絡的演進與發展，技術應用的去中心化程度將進一步加深，入網效率及隱私保護水平必將進一步提高。