区块链网络层

undefined前言

节点之间要组成一个P2P网络，又没有中心化节点，这些节点之间在P2P网络中进行信息传播，涉及到节点之间的连接管理、

地址管理、Peer节点的管理和Peer之间同步区块的协议等，参考比特币区块链的网络设计：

• btcd/peer：实现了P2P网络中Peer之间维持连接及收发wire协议消息的机制。
• btcd/wire：实现Bitcoin网络协议，定义理论Peers之间的协议消息，消息格式及包的封装和解析等。
• btcd/connmgr：管理Peer节点之间的TCP连接，包括监听本地端口等待其他节点连接和主动连接Peer节点等。
• btcd/addrmgr：收集、存储Bitcoin网络上的节点的地址，随机从地址集中选择路由可达的地址建立Peer连接，这些地址包括IPv4,IPv6及洋葱地址（onion address）等。
• netsync：同步管理器，用于统一处理各个节点发送和接收到的数据，以便同步区块链和同步交易。

• btcd/server.go：btcd节点启动后执行的主要入口，定义了server及serverPeer类型，负责初始化和启动connmgr，addrmgr，以及响应Peer的协议消息等。

  与比特币区块链不同，我们不使用洋葱网络协议，而是使用libp2p作为网络协议。另外，本项目会先基于libp2p进行基本功能实现，并考虑DDOS攻击和钓鱼攻击的风险规避。

  暂时不考虑实现SPV节点，而假定每一个节点都是全节点，关注点在三个区块链网络核心功能上：

• 发现节点；
• 同步区块；
• 发布交易；
• 挖矿（交易上链）

undefined发现节点

比特币通过dns seed帮助节点发现其它节点，dns seed数据是硬编码到项目中的。

为了能够加入到比特币网络，区块链客户端会做一下几件事情：

a、节点会记住它最近成功连接的网络节点，当重新启动后它可以迅速与先前的对等节点网络重新建立连接。

b、节点会在失去已有连接时尝试发现新节点。

c、当建立一个或多个连接后，节点将一条包含自身IP地址消息发送给其相邻节点。相邻节点再将此消息依次转发给它们各自的相邻节点，从而保证节点信息被多个节点所接收、保证连接更稳定。

d、新接入的节点可以向它的相邻节点发送获取地址getaddr消息，要求它们返回其已知对等节点的IP地址列表。节点可以找到需连接到的对等节点。

e、在节点启动时，可以给节点指定一个正活跃节点IP, 如果没有，客户端也维持一个列表，列出了那些长期稳定运行的节点。这样的节点也被称为种子节点（其实和BT下载的种子文件道理是一样的），就可以通过种子节点来快速发现网络中的其他节点。

1、新节点自举，连接到区块链网络

区块链的核心部分维护一个在启动时可以连接的对等节点列表，并被硬编码到项目中。当一个新的节点第一次启动时，它必须被自举(bootstrapped)到网络。使用选项-dnsseed定义这种自举行为，默认的设置是1。dns请求命令返回一个可连接的IP地址列表。任何一个节点均可从那里可以连接到整个区块链网络。

自举过程完成后，节点向其对等节点发送一个包含其自身IP地址的addr消息。其对等的每个节点向它们自己的对等节点转发这个信息，以便进一步扩大连接池。

通过getpeerinfo命令可以查看某个节点所连接的对等节点及相关的数据。

小结：

这里涉及到3个命令需要实现：

（1）dns -dnsseed，默认值为1

（2）addr

（3）getpeerinfo -address 节点地址

undefined连接到对等节点

节点通过发送version消息连接到一个对等节点。消息version 包含了节点的版本信息、块信息和距离远程节点的时间。一旦这个消息被对等节点收到，它必须回复一个verack。如果它愿意建立对等关系，它将发送自己的version消息。

一旦建立对等关系，节点可以向远程节点发送getaddr和addr消息来获得其它的对等节点信息。为了维持与对等节点的连接，节点默认情况下每30分钟内会给对等节点至少发送一次信息。如果超过90分钟没有收到回复，节点会认为连接已经断开。

这里需要实现1个新命令：

（1）version

undefined块广播

在与对等节点建立连接后，双方互发包含最新块哈希值的getblocks消息。如果某个节点坚信其拥有最新的块信息或者有更长的链，它将发送一个inv消息，其中包含至多500个最新块的哈希值，以此来表明它的链更长。收到的节点使用getdata来请求块的详细信息，而远程的节点通过命令block来发送这些信息。在500个块的信息被处理完之后，节点可以通过getblocks请求更多的块信息。这些块在被接收节点认证之后得到确认。

新块的确认也可通过矿工挖到并发布的块来发现。其扩散过程和上述类似。通过之前的连接，新块以inv消息发布出去，而接收节点可以通过getdata请求这些块的详细信息。

需要实现的新命令：

（1）getblocks

（2）block

（3）inv

（4）getdata

undefined交易的广播

和对等节点的交易通过inv消息来实现。如果收到了getdata信息，那么交易通过发送tx实现。对等节点收到有效的交易的信息后会通过类似的方式将其扩散。如果交易的信息在一段时间内没有被放进块中，那么交易将被从内存池中清除，而原节点将重新发送交易信息。

需要实现的新命令1个：

（1）tx

undefined处罚行为不端的节点

对于所有的广播，那些行为不端的节点（占用带宽和通过发布错误信息来浪费计算资源）将收到惩罚。如果一个节点惩罚分数超过门限值-banscore=，它将被禁止加入网络若干秒。这个时间由参数-bantime=定义，默认值是86400秒，即24小时。（暂不实现）

undefined警告

为了应对可能出现的bug和攻击，提供了比特币警告服务RSS。比特币用户通过命令getinfo可以查看针对其特定客户端版本的错误信息。这些信息通过allert消息尽可能多扩散出去给每一个连接的对等节点。错误信息采用特定的ECDSA私有密钥签名，只被极少数的开发者控制。（暂不实现）

undefined四个类

undefinedpeer

实现P2P网络中Peer之间维持连接及收发wire协议消息的机制。

undefinedwire

实现libp2p网络协议，定义理论Peers之间的协议消息，消息格式及包的封装和解析等。

undefinedconnmgr

管理Peer节点之间的TCP连接，包括监听本地端口等待其他节点连接和主动连接Peer节点等。

undefinedaddrmgr

收集、存储Bitcoin网络上的节点的地址，随机从地址集中选择路由可达的地址建立Peer连接，这些地址包括IPv4,IPv6及libp2p地址等。

undefinedserver

节点启动后执行的主要入口，定义了server及serverPeer类型，负责初始化和启动connmgr，addrmgr，以及响应Peer的协议消息等。

模块之间通信关系如下：