作者:LarryHu
翻译&校对:haiki&阿剑
来源：以太坊爱好者
此文旨在帮助你理解P2P网络，并阐述一些以太坊的实现细节。P2P技术利用终端设备的丰富资源，能够缓解中心化系统的短板，而且从九十年代开始，这项技术就已经被eMule，bitTorrent和Skype等知名软件所采用。P2P技术也是比特币或者以太坊区块链系统的核心组件。很多人都听说过P2P，但是不知道它到底是什么。那就让我们从了解什么是P2P网络开始吧。
什么是P2P网络？
点对点网络是一种网络覆盖层——就是说，它是建立在公开互联网之上的。从数学的角度来说，P2P网络可以被视作一个有向图G=(V,E)，其中V是网络中的对等节点集合，E?是对等节点所连成的边的集合。每个对等节点p都有一个独一无二的标识号pid。集合E中的边指p可通过直接相连的路径向q发送消息；也就是说，p使用q的pid作为目的地址，在网络之上向q发送消息。尽管在底层的TCP/IP网络中，相似的IP地址可以转译为在地理位置上相互接近，但很少有这么明确的直接关联。
美国说唱歌手Megan Thee Stallion与Cash App合作发布比特币科普视频:美国说唱歌手Megan Thee Stallion与由Square开发的移动支付服务Cash App合作发布了一段名为“Bitcoin for Hotties”的视频。该视频从她的角度解释了什么是比特币，为什么比特币有价值等内容。Megan Thee Stallion在Instagram上拥有超过2410万粉丝，在 Twitter上拥有640万粉丝。（Bitcoin News）[2021/8/8 1:41:10]
理想情况下，所有的对等节点间都应该有一条路径相连。但因为每个节点对网络拓扑和其他对等节点只有一个不完整的视图，所以网络覆盖层需要中间节点将消息转发至正确目的。图的结构为每对节点提供了多条中间路径，因此就算对等节点改变，也可通过图的连通性提供网络的恢复能力。对每个对等节点来说，图的连通性通过与其他对等节点的邻接关系来反映。当对等节点加入或者离开网络，邻接的对等节点可能会持有不正确的邻接信息。因此使用网络覆盖层维护机制保存更新的邻接信息，使得所有节点间保持连通性。
IMF今日发布的加密货币科普视频实为两年前旧闻，且存在诸多疏漏:国际货币基金组织IMF今日在推特上发布了一条关于加密货币的科普视频，这段时长两分钟的视频最初发布于2018年6月。该视频称加密货币是“货币进化的下一步”，但没有特别提到DLT、区块链，甚至是代币名称等术语。BTC、XRP和ETH只出现在说明加密交易的图形中。尽管这段视频到目前为止已经获得了超过13.7万的点击量和2900个赞，但来自加密社区的许多反应都是批评的，他们指出了信息中的漏洞和似乎具有误导性的措辞。
Reddit用户nanooverbtc称：“他们犯了很多错误，比如把私钥称为密码。”该视频也没有讨论挖矿或加密货币供应。Kraken策略师Pierre Rochard等知名人士表示：“可证明的稀缺性是比特币有趣的原因，你忘了提这一点。”（Cointelegraph）[2020/8/24]
人大附中物理老师李永乐科普拜占庭将军问题和区块链:5月14日，人大附中物理老师、科普视频网红李永乐在其公众号发布视频《拜占庭将军问题是什么？区块链如何防范恶意节点？》。李永乐老师在视频中对拜占庭将军问题和区块链进行了讲解，他表示，拜占庭将军问题本质上指的是，在分布式计算机网络中，如果存在故障和恶意节点，是否能够保持正常节点的网络一致性问题。在近40年的时间里，人们提出了许多方案解决这一问题，称为拜占庭容错法。例如兰波特自己提出了口头协议、书面协议法，后来有人提出了实用拜占庭容错PBFT算法，在2008年，中本聪发明比特币后，人们又设想了通过区块链的方法解决这一问题。区块链通过算力证明来保持账本的一致性，也就是必须计算数学题，才能得到记账的权力，其他人对这个记账结果进行验证，如果是对的，就认可你的结果。与拜占庭问题比起来，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]
P2P网络中的参与者向其他网络参与者提供部分资源。不需要中心化的协调者，每个对等节点都可贡献计算周期，磁盘存储和网络带宽。传统的客户端-服务器模型中，服务器提供资源，客户端使用资源；与之相对的，在P2P网络中，对等节点既是网络资源的供应者，也是消费者。因此，P2P网络可以很好地解决客户端-服务器模型下的一些短板，比如可扩展性和单点故障。
声音 | ETC Labs主管：科普教育是未来几年公链面临的巨大挑战:ETCLabs主管Darin Kotalik认为，科普教育是未来几年公链面临的巨大挑战，人们必须要对区块链有基本的认识，分清楚公链和私链的区别。[2019/8/25]
一般来说，P2P网络会有一个门槛，节点的资源贡献高于这个门槛才能加入网络。度量资源贡献的标准应该是公平的，比如说，要求网络中每个对等节点的平均贡献应该在P2P系统总体平均值的统计范围内等。资源贡献应该是双方互惠的。付出贡献后可得到的利益，吸引着用户加入P2P应用。
以太坊的P2P网络是如何工作的？
以太坊的官方客户端节点软件?Geth，基于一种覆盖层维护机制实现了对等节点发现协议。虽然Kademlia是为了在P2P网络中有效地定位和存储内容而设计的，以太坊的P2P网络只用它来发现新的对等节点。
财政部副部长朱光耀：数字经济还处在发展的过程中，要以科普、推动的态度来推进数字经济发展:今日，在中国发展高层论坛2018年会上，财政部副部长朱光耀表示：“数字经济还处在发展的过程中，要以科普、推动的态度来推进数字经济发展。也要关注数字经济的其他影响，包括税收征管、反监管措施等要跟上。”[2018/3/25]
Kademlia
以太坊网络中，每个客户端节点都配备有一个?
enode?ID，之后将此ID用SHA3算法
散列为一个256位的值。Kademlia使用XOR操作定义距离，因此两个256位的数字之间的距离是他们的按位异或值。每个对等节点都拥有一个包含256个不同的桶的数据结构，每个桶i中存储与本节点距离在2
i-1?到2
i?之间的16个节点。为了发现一个新的对等节点，以太坊节点选择自己作为目标x，从桶中寻找到16个与目标x最近的节点，之后请求这16个节点，让它们从自己的桶中各找出16个与目标x“更近”的节点并返回，这样以来，会得到至多16x16个新发现的节点。之后请求这16x16个新发现的节点中离目标x最近的16个节点，让它们返回与x更近的16个节点。这个过程持续迭代，直到没有新节点被发现。
-异或操作示意图-
-bucket与距离对应的示意图-
对等节点间通信
Geth使用UDP连接交换P2P网络的信息。有4种类型的UDP消息。一条?
*ping*?消息请求一条?
*pong*?消息作为返回。此对消息用来判断相邻节点是否可响应。一条?
*findnode*?消息请求一条?
*neighbors*?消息作为返回。当建立好对等节点的连接之后，Geth节点通过加密和认证的TCP连接来交换区块链信息。
数据结构
Geth客户端用两种数据结构存储其他节点的信息。第一种是称作?
db?的长期数据库，它存储在磁盘内，客户端重启之后数据也是持久存在的。
db?中包含客户端交互过的每个节点信息。db的每条记录包含节点ID，IP地址，TCP端口，UDP端口，最后一次向节点发送ping的时间，最后一次从节点收到pong的时间，节点响应?
findnode?消息的失败次数。如果最后一次从一个节点收到?
pong?消息的时间超过了一天，此节点将会被移出db。
第二种数据结构是称作?table?的短期数据库。当客户端重启时?table?是空的。table?包含256个桶，每个桶存储至多16条记录。每条记录存储其他以太坊节点的信息——节点的ID，IP地址，TCP端口和UDP端口。如果记录中的某个节点对于?findnode?消息连续响应失败，多于4次时将被移出table。
当某个客户端第一次启动时，它的db是空的，只知道6个硬编码的引导节点。随后，当客户端开始发现对等节点，客户端依据上面描述的机制，将节点加入db和table。
如果你想查阅更多关于以太坊P2P网络的内容，可以参见下面一些由以太坊社区成员贡献的文章：
“RLPxNodeDiscoveryProtocol”byFelixLange,Gustav-Simmonsson,andRomanMandeleil
“PeertoPeer”byFelixLange
“KademliaPeerSelection”byJamesRay
参考：
VasiliosDarlagiannis,(2010).P2PSystemsandOverlayNetworks,Retrieved
from:?https://www.iti.gr/iti/files/document/seminars/p2p_eketa_090610_v2.pdf
S.UmamaheswariandDr.V.Leela,(2011,Mar.01).P2POverlayMaintenanceAlgorithm,Retrievedfrom:?http://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1260/1748-3018.6.3.555
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