區(qū)塊鏈原理與實踐- 課件 第3章 網絡層

網絡層主講：XXX輔導：XXX課程簡介01.區(qū)塊鏈與P2P網絡03.區(qū)塊鏈網絡技術02.網絡拓撲結構04.總結1區(qū)塊鏈與P2P網絡一區(qū)塊鏈與P2P網絡什么是P2P網絡？點對點傳輸去中心化一區(qū)塊鏈與P2P網絡區(qū)塊鏈為什么需要P2P網絡？去中心化動態(tài)性高性價比隱私保護中心化低拓展性服務器價格昂貴易泄露隱私2區(qū)塊鏈網絡拓撲結構二區(qū)塊鏈網絡拓撲結構1.拓撲結構拓撲結構：指分布式系統(tǒng)中各個計算單元之間的物理或邏輯的互聯(lián)關系，結點之間的拓撲結構一直是確定系統(tǒng)類型的重要依據。區(qū)塊鏈拓撲結構就是P2P網絡的拓撲結構。拓撲結構主要分為三類：中心化、去中心化和半中心化。二區(qū)塊鏈網絡拓撲結構2.中心化拓撲結構組織方式：星形拓撲。節(jié)點發(fā)現：服務端廣播（泛洪）。優(yōu)點：增強網絡可管理性、對資源的發(fā)現和查詢過程簡單。缺點：單點故障、無法支持更大規(guī)模網絡、泛洪消耗大量資源。中心化P2P網絡的資源獲取過程二區(qū)塊鏈網絡拓撲結構3.去中心化無結構網絡拓撲組織方式：完全隨機圖。節(jié)點發(fā)現：泛洪或隨機轉發(fā)。優(yōu)點：不存在單點故障。缺點：以保證較高的節(jié)點和資源管理效率、泛洪消耗大量資源、限制網絡拓展性使用示例：比特幣。泛洪式資源搜索過程二區(qū)塊鏈網絡拓撲結構3.去中心化無結構網絡拓撲泛洪式資源查詢過程：a、生成查詢請求，將請求轉發(fā)給鄰居節(jié)點。b、鄰居節(jié)點檢查自身是否有該文件，若有，則發(fā)送給查詢節(jié)點；若否，則轉發(fā)給自己鄰居節(jié)點。c、收到請求的節(jié)點重復b過程。泛洪式問題的解決方案：為防止消息循環(huán)轉發(fā)，一般采取的方法是給查詢消息附加一個字段TTL(timetolive)并賦以一定的初值，查詢消息每轉發(fā)一次該值減1，減為0時查詢消息被丟棄不再轉發(fā)。二區(qū)塊鏈網絡拓撲結構4.去中心結構化網絡拓撲DHT（分布式散列表）：DHT技術是將一個關鍵值（key）集合分散地存儲到一個分布式系統(tǒng)中眾多節(jié)點上的方法，在收到針對一個特定鍵值的查詢請求后，可以有效、準確地定位鍵值的擁有者peer。使用示例：以太坊去中心結構化網絡拓撲二區(qū)塊鏈網絡拓撲結構4.半中心化網絡拓撲半中心化網絡拓撲結合了中心化與去中心化網絡網絡拓撲的優(yōu)點。節(jié)點類型：超級節(jié)點（索引節(jié)點）與普通節(jié)點。超級節(jié)點：承擔索引和目錄服務器功能。普通節(jié)點：自主選擇最優(yōu)超級節(jié)點接入。使用示例：Fabric半中心結構化網絡拓撲3區(qū)塊鏈網絡技術三區(qū)塊鏈網絡技術1.比特幣網絡

網絡節(jié)點

特幣網絡中使用了P2P網絡技術，各個節(jié)點的地位是平等的。節(jié)點在網絡中有四項基本功能：比特幣錢包、挖礦、區(qū)塊鏈數據庫和網絡路由器。

錢包：管理公私鑰與轉賬。

挖礦：運行工作量證明pow算法，以相互競爭的方式進行交易確認，創(chuàng)建新的區(qū)塊，獲得比特幣獎勵。

區(qū)塊鏈數據庫：存完整的、最新的區(qū)塊鏈賬本副本。

區(qū)塊鏈路由器：負責比特幣網絡節(jié)點發(fā)現、鏈路維持、數據轉發(fā)等網絡功能。

比特幣節(jié)點功能三區(qū)塊鏈網絡技術1.比特幣網絡

節(jié)點發(fā)現

一個新的節(jié)點進入網絡時，必須和現有的網絡節(jié)點建立連接，以便進行尋址、消息轉發(fā)和其它協(xié)同操作。

節(jié)點推送：節(jié)點將自身信息主動發(fā)送給每一個鄰居節(jié)點，鄰居節(jié)點接收后保存在自己的列表中。

節(jié)點拉?。簽榱双@取更遠范圍的節(jié)點信息，節(jié)點可以向其鄰居節(jié)點發(fā)起查詢，請求對方的鄰居節(jié)點列表，從而獲得兩跳鄰居節(jié)點的信息連接維護

對已經建立連接的節(jié)點需要周期性地檢測其存活性，比特幣網絡中使用的方法是定時發(fā)送ping消息（8比特的隨機數），對方收到后回復一個pong響應消息，則說明連接正常。如果對方持續(xù)20分鐘沒有回應，則認為節(jié)點已經退出。

三區(qū)塊鏈網絡技術2.以太坊網絡DHT技術優(yōu)點：能夠較好地適應節(jié)點頻繁加入或離開的P2P網絡。主要結構：需要存儲的數據data，數據的索引key（如長度為160bit的data的哈希值）。關鍵值分割：分布式哈希表通常采用穩(wěn)定散列（consistenthashing）計算與一個關鍵值應該由哪個節(jié)點負責存儲。

分布式哈希表三區(qū)塊鏈網絡技術3.HyperledgerFabric網絡

網絡節(jié)點Client節(jié)點：系統(tǒng)最終用戶進行操作的節(jié)點，無法獨立完成交易，主要作用是實現用戶交互，將用戶的操作提交給其它類型節(jié)點并接收反饋信息Peer節(jié)點：Peer節(jié)點參與存儲區(qū)塊鏈數據、交易處理、共識生成和智能合約執(zhí)行等一系列操作。按照具體功能不同，可以分為兩種類型：記賬節(jié)點（Committer）和背書節(jié)點(Endorser)。排序節(jié)點：對于多個客戶節(jié)點提交的交易，位于網絡不同位置的Peer節(jié)點可能收到的順序不一樣，如果按照先到先處理的規(guī)則會出現交易排序不一致的問題，因此需要在網絡中設置排序節(jié)點負責對交易進行排序。認證節(jié)點：認證節(jié)點負責對網絡中所有節(jié)點的身份認證和證書分發(fā)。

三區(qū)塊鏈網絡技術3.HyperledgerFabric網絡Gossip協(xié)議Gossip協(xié)議也叫做傳染病協(xié)議（EpidemicProtocol），顧名思義，是模擬疾病在人群中散播流行的過程實現網絡節(jié)點之間消息的分發(fā)過程。Gos