單元五 區(qū)塊鏈中節(jié)點(diǎn)間的通信

單元五區(qū)塊鏈中節(jié)點(diǎn)間的通信CommunicaitoninNodesPART1區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)公有鏈區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)一般具有數(shù)量多、分布廣、自治以及開發(fā)自由等特點(diǎn)，一般采用P2P對等網(wǎng)絡(luò)通信的方式區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)均會承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)路由、驗(yàn)證數(shù)據(jù)、傳播數(shù)據(jù)以及發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)等功能采用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為Mesh網(wǎng)絡(luò)（即網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）聯(lián)盟鏈區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)適用于企業(yè)間進(jìn)行高頻的數(shù)據(jù)交換以及工業(yè)生產(chǎn)中存在的高頻數(shù)據(jù)記錄等業(yè)務(wù)將多個(gè)參與者構(gòu)建為獨(dú)立的聯(lián)盟，在聯(lián)盟內(nèi)的成員采用區(qū)塊鏈的形式管理數(shù)據(jù)聯(lián)盟與聯(lián)盟間將以物理的形式實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)隔離”，降低區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋸?fù)雜，提升效率私有鏈區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)集中于公司或組織的內(nèi)部使用，類似于傳統(tǒng)中心化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建私有鏈網(wǎng)絡(luò)，所有數(shù)據(jù)都保存于一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)中。借助區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全和隱私保護(hù)PART2Networkx實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)繪制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)1.安裝Networkx確保Python版本為3.6+，使用pip可直接安裝，確保具體命令如下：$pipinstallnetworkx若要升級到較新版本，請使用--upgrade，具體操作如下：$pipinstall--upgradenetworkx繪制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)2.創(chuàng)建圖形(Graph)使用工具的第一步，創(chuàng)建一個(gè)沒有節(jié)點(diǎn)和邊的空圖形，具體代碼如下：importnetworkxasnxG=nx.Graph()繪制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)3.添加節(jié)點(diǎn)(Node)（1）直接添加節(jié)點(diǎn)如下為直接添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)的代碼示例：G.add_node(1)（2）通過可迭代對象添加節(jié)點(diǎn)如下為添加的代碼示例：G.add_nodes_from([2,3])繪制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)4.添加邊(Edge)（1）直接添加如下為直接添加邊的代碼示例：G.add_edge(1,2)（2）通過可迭代對象添加如下為具體代碼示例：G.add_edges_from([(1,2),(1,3)])繪制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)5.檢查圖的元素信息

完成圖、節(jié)點(diǎn)和邊信息添加后，可通過相關(guān)方法檢查。具體操作如下：print(list(G.nodes))#顯示圖中的節(jié)點(diǎn)信息print(list(G.edges))#顯示圖中的邊信息print(G.number_of_nodes())#顯示圖中節(jié)點(diǎn)數(shù)量print(G.number_of_edges()) #顯示圖中邊數(shù)量print(G.nodes()[1])#獲取名稱為1的節(jié)點(diǎn)完整信息繪制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)6.從圖中刪除元素如下代碼可實(shí)現(xiàn)從已存在的圖中刪除節(jié)點(diǎn)和邊：G.remove_node(2)#刪除名稱為2的節(jié)點(diǎn)G.remove_edge(1,3)#刪除節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)3的邊繪制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)7.向圖形、節(jié)點(diǎn)和邊緣添加屬性（1）向圖形添加屬性通過向nx.Graph()函數(shù)中添加參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)屬性的添加具體的屬性設(shè)置和獲取代碼如下：G=nx.Graph(name="test_network")print(G.graph['name'])或者可以直接通過G.graph設(shè)置圖形的屬性，具體代碼如下：G.graph['location']='china'print(G.graph['location'])繪制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)7.向圖形、節(jié)點(diǎn)和邊緣添加屬性（2）向節(jié)點(diǎn)添加屬性與圖形添加屬性的方法類似，節(jié)點(diǎn)添加也有兩種方式，具體代碼示例如下：G.add_node(4,name='test4')#直接添加節(jié)點(diǎn)和對應(yīng)屬性G.add_nodes_from([5,6],location='jiangsu')#通過迭代的方式添加節(jié)點(diǎn)和屬性print(list(G.nodes.data()))#輸出添加節(jié)點(diǎn)后的節(jié)點(diǎn)及屬性信息繪制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)7.向圖形、節(jié)點(diǎn)和邊緣添加屬性（3）向邊添加屬性參照圖形以及節(jié)點(diǎn)的屬性添加方法，邊設(shè)置屬性可以有如下代碼示例：G.add_edge(4,5,weight=4)#直接添加邊屬性G.add_edges_from([(1,2,{'color':'blue'}),(4,6,{'weight':'5'})])#通過添加可迭代對象G[1][2]['weight']=8#給已存在的邊添加屬性繪制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)8.繪制簡單網(wǎng)絡(luò)如下代碼為使用networkx生成示例圖和繪制圖形的示例代碼：importnetworkxasnximportmatplotlib.pyplotaspltG=nx.Graph()G.add_node(1)G.add_node(2)G.add_node(3)G.add_edges_from([(1,2),(2,3),(3,1)])nx.draw(G)plt.show()實(shí)戰(zhàn)練習(xí)：繪制不同類型的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)1.練習(xí)目標(biāo)使用networkx繪制不同類型的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，包括公有鏈網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)以及私有鏈網(wǎng)絡(luò)。2.任務(wù)內(nèi)容（1）使用networkx工具繪制私有鏈區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，并保存繪制結(jié)果。（2）使用networkx工具繪制聯(lián)盟有鏈區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，并保存繪制結(jié)果。（3）使用networkx工具繪制公有鏈區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，并保存繪制結(jié)果。感謝觀看單元五區(qū)塊鏈中節(jié)點(diǎn)間的通信CommunicaitoninNodesPART1P2P網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)概念P2P的英文全稱為peer-to-peer，中文全稱為對等式網(wǎng)絡(luò)，又稱點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)，是無中心服務(wù)器、依靠用戶群（peers）交換信息的互聯(lián)網(wǎng)體系。Socket通信Socket通過中文直譯為“套接字”，是在P2P網(wǎng)絡(luò)通信常用的通信手段。從原理上講，Socket并不是一種通信協(xié)議而是一個(gè)介于應(yīng)用層與傳輸層之間的抽象層TCP/IP參考模型Socket通信與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信方式類似，Socket的通信主體包括客戶端和服務(wù)端。在客戶端和服務(wù)端均創(chuàng)建Socket對象后，雙方就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。在數(shù)據(jù)傳輸方面，服務(wù)端將開啟一個(gè)輪詢機(jī)制，不斷監(jiān)聽客戶端發(fā)送的請求，并根據(jù)請求信息給予響應(yīng)PART2P2P網(wǎng)絡(luò)通信的程序?qū)崿F(xiàn)基于Socket實(shí)現(xiàn)P2P通信1.創(chuàng)建Socket服務(wù)端（1）安裝依賴使用pip可以安裝依賴包，具體操作如下：#首先安裝flask依賴$pipinstallflask#再安裝flask-socketio依賴$pipinstallflask-socketio基于Socket實(shí)現(xiàn)P2P通信1.創(chuàng)建Socket服務(wù)端（2）創(chuàng)建socket接口并啟動基于Socket實(shí)現(xiàn)P2P通信2.創(chuàng)建Socket客戶端（1）安裝依賴使用pip執(zhí)行以下操作進(jìn)行安裝，具體操作如下：$pipinstall"python-socketio[client]"基于Socket實(shí)現(xiàn)P2P通信2.創(chuàng)建Socket客戶端（2）實(shí)現(xiàn)Socket請求根據(jù)如下代碼可實(shí)現(xiàn)Socket請求，具體內(nèi)容如下：PART3區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的定時(shí)通信實(shí)現(xiàn)方法基于Flask-APScheduler定時(shí)器（1）安裝使用pip工具可完成操作，具體操作如下：$pipinstallflask-apscheduler（2）創(chuàng)建定時(shí)器①

通過配置的方式創(chuàng)建定時(shí)器② 以裝飾器的方式創(chuàng)建定時(shí)器感謝觀看單元五基于Socket的區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)通信PART1P2P通信基礎(chǔ)基礎(chǔ)概念P2P的英文全稱為peer-to-peer，中文全稱為對等式網(wǎng)絡(luò)，又稱點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)，是無中心服務(wù)器、依靠用戶群（peers）交換信息的互聯(lián)網(wǎng)體系。Socket通信與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信方式類似，Socket的通信主體包括客戶端和服務(wù)端。在客戶端和服務(wù)端均創(chuàng)建Socket對象后，雙方就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。在數(shù)據(jù)傳輸方面，服務(wù)端將開啟一個(gè)輪詢機(jī)制，不斷監(jiān)聽客戶端發(fā)送的請求，并根據(jù)請求信息給予響應(yīng)PART2構(gòu)建區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)通信通信實(shí)現(xiàn)方式基于Socket可以實(shí)現(xiàn)P2P網(wǎng)絡(luò)通信?；赑2P網(wǎng)絡(luò)通信原理，每個(gè)屬于P2P網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)同時(shí)具備數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收的功能。那么，可以在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上同時(shí)構(gòu)建客戶端和服務(wù)端，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信構(gòu)建步驟第一步，創(chuàng)建socket1.py（存放節(jié)點(diǎn)1即socket1代碼）、socket2.py（存放節(jié)點(diǎn)2即socket2代碼）。第二步，分別在Python文件中放入包含Socket客戶端和服務(wù)端的代碼。第三步，分別啟動socket1和socket2節(jié)點(diǎn)。第四步，驗(yàn)證代碼正確性。PART2功能代碼實(shí)現(xiàn)感謝觀看單元五Gossip的基本概念

PART1Gossip基本概念相關(guān)背景

與中心化系統(tǒng)不同，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)由于采用了P2P通信，網(wǎng)絡(luò)中不存在中心節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)既可以充當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)s也可充當(dāng)數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)，一方面這提高了區(qū)塊鏈的健壯性，但這也加大了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的管理難度。為了合理管控節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信，區(qū)塊鏈采用包括Gossip、kedemlia等協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)通信準(zhǔn)則，提高傳輸效率。Gossip的基本概念

Gossip英譯的結(jié)果為“流言”。受現(xiàn)實(shí)社會中流言蜚語或病毒的傳播方式啟發(fā)，Gossip在控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)只能隨機(jī)地與周圍節(jié)點(diǎn)通信，在經(jīng)過一段時(shí)間雜亂通信后最終形成數(shù)據(jù)通信的動態(tài)穩(wěn)定。Gossip與P2P的關(guān)系Gossip是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)耐ㄐ拍Ｊ絽^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間使用P2P的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸node1node2node3node5node4P2PP2PP2PP2PP2PGossip機(jī)制PART2Gossip的通信模式Pull模式在此模式下，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都將不斷向相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送詢問請求，詢問是否有新數(shù)據(jù)，相鄰節(jié)點(diǎn)收到詢問請求后將給予回復(fù)，若有新數(shù)據(jù)則會將數(shù)據(jù)打包在回復(fù)中發(fā)送。假設(shè)有節(jié)點(diǎn)A和與其相鄰的B、C、D節(jié)點(diǎn)，那么Pull模式的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下。（1）節(jié)點(diǎn)A以固定時(shí)間間隔T，循環(huán)發(fā)出詢問請求，詢問請求的內(nèi)容為“是否有新數(shù)據(jù)？”，每次循環(huán)將隨機(jī)選取相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送詢問請求。（2）相鄰節(jié)點(diǎn)收到詢問請求將檢索本節(jié)點(diǎn)存儲的數(shù)據(jù)，若存在新數(shù)據(jù)則會將其打包進(jìn)請求對應(yīng)的回復(fù)中。（3）節(jié)點(diǎn)B、C、D將執(zhí)行與節(jié)點(diǎn)A相同的操作。Push模式在此模式下，節(jié)點(diǎn)會向相鄰節(jié)點(diǎn)以循環(huán)的方式發(fā)送消息，相鄰節(jié)點(diǎn)在接收到消息后將判斷是否存在新數(shù)據(jù)，若存在新數(shù)據(jù)則會保存。假設(shè)有節(jié)點(diǎn)A和與其相鄰的B、C、D節(jié)點(diǎn)，那么Push模式的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下。（1）節(jié)點(diǎn)A以循環(huán)的方式隨機(jī)選取B、C、D節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息。（2）相鄰節(jié)點(diǎn)在接收到節(jié)點(diǎn)A的消息后判斷是否存在新數(shù)據(jù)，若存在新數(shù)據(jù)則保存。（3）節(jié)點(diǎn)B、C、D將執(zhí)行與節(jié)點(diǎn)A相同的操作。感謝觀看單元五基于Flask-APScheduler實(shí)現(xiàn)定時(shí)器PART1工具相關(guān)基礎(chǔ)內(nèi)容定時(shí)器的作用基于Socket技術(shù)，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間通信既需要作為服務(wù)端接收消息，也需要作為客戶端發(fā)送消息。作為客戶端的功能主要為發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)以及告知自身節(jié)點(diǎn)存活。這個(gè)過程需要以定時(shí)的方式實(shí)施，并且包括Gossip等機(jī)制都需要采用定時(shí)的形式開展工作。節(jié)點(diǎn)工作模式（客戶端）定時(shí)器輪詢實(shí)施使用流程（1）安裝使用pip工具可完成操作，具體操作如下：$pipinstallflask-apscheduler（2）創(chuàng)建定時(shí)器①

通過配置的方式創(chuàng)建定時(shí)器② 以裝飾器的方式創(chuàng)建定時(shí)器PART2定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)形式通過配置的方式創(chuàng)建定時(shí)器JOBS=[{'id':'job1','func':'scheduler:task','args':(1,2),'trigger':'interval','seconds':10}]配置說明：func：表示需要啟動的函數(shù)（文件名:函數(shù)名）；args：表示啟動函數(shù)需要傳入的參數(shù)；trigger：表示觸發(fā)方式，這里使用interval表示間隔觸發(fā)；second：表示間隔的時(shí)間（單位為秒）。通過裝飾器的方式創(chuàng)建定時(shí)器@scheduler.task('interval',id='do_job_1',seconds=30