位元幣網路與P2P

2021-10-04 14:37:27 字數 2078 閱讀 3162

⽐特幣採⽤了基於國際互聯⽹(internet)的p2p(peer-to-peer)⽹絡架構。p2p是指位於同⼀⽹絡中的每台計算機都彼此

對等,各個節點共同提供⽹絡服務,不存在任何「特殊」節點。每個⽹絡節點以「扁平(flat)」的拓撲結構相互連通。在p2p⽹絡

中不存在任何服務端(server)、**化的服務、以及層級結構。p2p⽹絡的節點之間互動運作、協同處理:每個節點在對

外提供服務的同時也使⽤⽹絡中其他節點所提供的服務。p2p⽹絡也因此具有可靠性、去中⼼化,以及開放性。早期的國際

互聯⽹就是p2p⽹絡架構的⼀個典型⽤例:ip⽹絡中的各個節點完全平等。當今的互聯⽹架構具有分層架構,但是ip協議仍

然保留了扁平拓撲的結構。在⽐特幣之外,規模最⼤也最成功的p2p技術應⽤是在⽂件分享領域:napster是該領域的先

鋒,bittorrent是其架構的最新演變。

⽐特幣所採⽤的p2p⽹絡架構不僅僅是選擇拓撲結構這樣簡單。⽐特幣被設計為⼀種點對點的數字現⾦系統,它的⽹絡架構

既是這種核⼼特性的反映,也是該特性的基⽯。去中⼼化控制是設計時的核⼼原則,它只能通過維持⼀種扁平化、去中⼼化

的p2p共識⽹絡來實現。

「⽐特幣⽹絡」是按照⽐特幣p2p協議運⾏的⼀系列節點的集合。除了⽐特幣p2p協議之外,⽐特幣⽹絡中也包含其他協議。例

如stratum協議就被應⽤於挖礦、以及輕量級或移動端⽐特幣錢包之中。⽹關(gateway)路由伺服器提供這些協議,使⽤⽐

特幣p2p協議接⼊⽐特幣⽹絡,並把⽹絡拓展到運⾏其他協議的各個節點。例如,stratum伺服器通過stratum協議將所有的

stratum挖礦節點連線⾄⽐特幣主⽹絡、並將stratum協議橋接(bridge)⾄⽐特幣p2p協議之上。我們使⽤「擴充套件⽐特幣⽹絡

(extended bitcoin network)」指代所有包含⽐特幣p2p協議、礦池挖礦協議、stratum協議以及其他連線⽐特幣系統元件相

關協議的整體⽹絡結構。

儘管⽐特幣p2p⽹絡中的各個節點相互對等,但是根據所提供的功能不同,各節點可能具有不同的分⼯。每個⽐特幣節點都

是路由、區塊鏈資料庫、挖礦、錢包服務的功能集合。⼀個全節點(full node)包括如圖所⽰的四個功能:

每個節點都參與全⽹絡的路由功能,同時也可能包含其他功能。每個節點都參與驗證並傳播交易及區塊資訊,發現並維持與

對等節點的連線。在圖所⽰的全節點⽤例中,名為「⽹絡路由節點」的橙⾊圓圈即表⽰該路由功能。

⼀些節點保有⼀份完整的、最新的區塊鏈拷⻉,這樣的節點被稱為「全節點」。全節點能夠獨⽴⾃主地校驗所有交易,⽽不需

藉由任何外部參照。另外還有⼀些節點只保留了區塊鏈的⼀部分,它們通過⼀種名為「簡易⽀付驗證(spv)」的⽅式來完成

交易驗證。這樣的節點被稱為「spv節點」,⼜叫「輕量級節點」。在如上圖所⽰的全節點⽤例中,名為完整區塊鏈的藍⾊圓圈即

表⽰了全節點區塊鏈資料庫功能。

挖礦節點通過運⾏在特殊硬體裝置上的⼯作量證明(proof-of-work)演算法,以相互競爭的⽅式建立新的區塊。⼀些挖礦節點

同時也是全節點,保有區塊鏈的完整拷⻉;還有⼀些參與礦池挖礦的節點是輕量級節點,它們必須依賴礦池伺服器維護的全

節點進⾏⼯作。在全節點⽤例中,挖礦功能如圖中名為「礦⼯」的⿊⾊圓圈所⽰。

⽤⼾錢包也可以作為全節點的⼀部分,這在桌⾯⽐特幣客⼾端中⽐較常⻅。當前,越來越多的⽤⼾錢包都是spv節點,尤其

是運⾏於諸如智慧型⼿機等資源受限裝置上的⽐特幣錢包應⽤;⽽這正變得越來越普遍。在中,名為「錢包」的綠⾊圓圈代

表錢包功能。

在⽐特幣p2p協議中,除了這些主要的節點型別之外,還有⼀些伺服器及節點也在運⾏著其他協議,例如特殊礦池挖礦協

議、輕量級客⼾端訪問協議等。 

⽐特幣⽹絡中⼏乎每個節點都會維護⼀份未確認交易的臨時列表,被稱為記憶體池或交易池。節點們利⽤這個池來追蹤記錄那

些被⽹絡所知曉、但還未被區塊鏈所包含的交易。例如,儲存⽤⼾錢包的節點會利⽤這個交易池來記錄那些⽹絡已經接收但

還未被確認的、屬於該⽤⼾錢包的預⽀付資訊。

隨著交易被接收和驗證,它們被新增到交易池並通知到相鄰節點處,從⽽傳播到⽹絡中。

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