發(fā)布時間：2020-02-10所屬分類：計算機職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：筆者謹就區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的演進過程進行闡述與分析。區(qū)塊鏈技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)層通信協(xié)議為點對點結(jié)構(gòu)，筆者以此為基石，搭建了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)層，憑借其去中心化及點對點的獨到特性，可擺脫中心服務(wù)器對網(wǎng)絡(luò)層的限制與束縛。現(xiàn)階段的主流區(qū)塊鏈技術(shù)包括比特幣、
摘要：筆者謹就區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的演進過程進行闡述與分析。區(qū)塊鏈技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)層通信協(xié)議為點對點結(jié)構(gòu)，筆者以此為基石，搭建了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)層，憑借其去中心化及點對點的獨到特性，可擺脫中心服務(wù)器對網(wǎng)絡(luò)層的限制與束縛。現(xiàn)階段的主流區(qū)塊鏈技術(shù)包括比特幣、以太坊及超級賬本三種類型，筆者以這三種類型為對象對區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)缺點進行分析，并為區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的進一步完善提供參考。
關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;比特幣
1 引言
P2P網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢在于：去中心化，可基于全部節(jié)點，實現(xiàn)區(qū)塊鏈資源及服務(wù)的均衡分布，并利用共識機制，為區(qū)塊鏈一致性提供保障;可拓展性，區(qū)塊鏈節(jié)點可以自由增加并減少，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓展;健壯性，缺乏中心節(jié)點的情況下，對區(qū)塊鏈的攻擊對象不明確，即使某些節(jié)點被破壞，區(qū)塊鏈的安全性也不會受到太大的影響，因而可加強區(qū)塊鏈與P2P網(wǎng)絡(luò)的相互結(jié)合。
2 區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)類型
2.1中心化P2P網(wǎng)絡(luò)
中心化P2P網(wǎng)絡(luò)十分依賴中心服務(wù)器，并將接入節(jié)點地址數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)核心。區(qū)塊鏈技術(shù)環(huán)境下，普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與中心服務(wù)器相連，掌握節(jié)點地址，以便于進行節(jié)點通訊。Napster作為世界知名MP3共享軟件，所采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就是中心化P2P網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)音樂文件與保存文件的相互關(guān)聯(lián)，用戶可通過在對某文件進行查找時了解到的節(jié)點存儲位置，實現(xiàn)點對點的連接，獲取該MP3文件的共享。中心服務(wù)器的應(yīng)用，可對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性造成決定性影響，若中心服務(wù)器存在問題，則P2P網(wǎng)絡(luò)會癱瘓，P2P網(wǎng)絡(luò)中心向用戶提供索引與節(jié)點通信。
2.2全分布、非結(jié)構(gòu)P2P網(wǎng)絡(luò)
該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，P2P網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具備較大自由性，不存在中心節(jié)點的限制，以及同一的結(jié)構(gòu)化標準，以隨機圖的形式提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，Gnutella協(xié)議較為知名，該協(xié)議是一種點對點的搜索系統(tǒng)，通過洪泛技術(shù)發(fā)現(xiàn)節(jié)點并轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，通過TTL減值以有效控制傳播次數(shù)。但同時，過于自由的網(wǎng)絡(luò)機制，會導(dǎo)致P2P網(wǎng)絡(luò)信息難以被新的入網(wǎng)節(jié)點所掌握，影響節(jié)點入網(wǎng)，同時導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到影響，資源大量被無端消耗，并造成網(wǎng)絡(luò)阻塞。
2.3全分布、結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)
該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，節(jié)點地址管理是其中較為嚴重的問題，節(jié)點之間缺少規(guī)則限制的情況下，節(jié)點信息難以精準定位，需要進行查找，造成網(wǎng)絡(luò)消耗。而全分布、結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)，采用哈希表，以加密散列函數(shù)，對節(jié)點地址數(shù)據(jù)加以規(guī)范，該方式應(yīng)用并不存在固定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但需要基于固定的結(jié)構(gòu)圖進行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理。為此，以太坊采用節(jié)點橢圓加密轉(zhuǎn)換的方式實現(xiàn)節(jié)點區(qū)分，精準定位節(jié)點地址。
2.4半分布式P2P網(wǎng)絡(luò)
該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兼具中心化及分布式兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，劃分網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，打造半分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由超級節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址加以維護，以保證中心服務(wù)器的功能性得以凸顯。超級節(jié)點為分布式節(jié)點，具備入網(wǎng)及退出的自由性。其中具有代表性的應(yīng)用為Kazza。半分布式結(jié)構(gòu)將節(jié)點劃分為普通節(jié)點及超級節(jié)點，超級節(jié)點的確定可基于普通節(jié)點，或可自行單獨配置[1]。
3 區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議演進
3.1比特幣及P2P網(wǎng)絡(luò)
為滿足節(jié)點入網(wǎng)需求，其一，種子節(jié)點。種子節(jié)點為具備長期穩(wěn)定性的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，將其編寫至代碼中，初步啟動種子節(jié)點，即可向入網(wǎng)節(jié)點提供節(jié)點地址。從而保證新節(jié)點與其他節(jié)點的相互連接，并獲取相依的地址列表。其二，地址廣播。該技術(shù)的應(yīng)用，是以某網(wǎng)絡(luò)節(jié)點作為中介與橋梁，通過該節(jié)點獲取其他節(jié)點地址，該技術(shù)的具體應(yīng)用，包括主動廣播及主動獲取兩種方式。其三，建立地址數(shù)據(jù)庫。該技術(shù)的應(yīng)用，是出于避免種子節(jié)點連接站及帶寬限制，對地址廣播中的節(jié)點地址信息加以保存，形成數(shù)據(jù)庫，若兩個已建立連接的節(jié)點之間，一段時間內(nèi)未有數(shù)據(jù)通信，則一個節(jié)點向另一節(jié)點發(fā)送信息，接收信息的節(jié)點回復(fù)響應(yīng)報文，以維持連接。
3.2以太坊及P2P網(wǎng)絡(luò)
以太坊的P2P網(wǎng)絡(luò)，是以比特幣的P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，其交易系統(tǒng)與比特幣十分相近，并強調(diào)打造以區(qū)塊鏈為基礎(chǔ)的生態(tài)環(huán)境，對以太坊及其分布式應(yīng)用加以拓展。以太坊搭建了分布式信息通訊平臺及存儲平臺，基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，實現(xiàn)對于其他節(jié)點地址的精準定位，通過DTH技術(shù)保證網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)化。以哈希算法進行數(shù)據(jù)散列，形成散列數(shù)據(jù)表，為每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供用以維護的數(shù)據(jù)支撐。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上分布散列表，任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都具備其獨特的IP信息，可查找其他節(jié)點，并被其他節(jié)點定位。以太坊通過DHT機制加以維護，但該維護機制過于復(fù)雜，因此在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點高頻率變化的情況下，該機制難以適應(yīng)。另外，以太坊通過Kad協(xié)議以實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址的快速查找與精準定位。
3.3超級賬本及P2P網(wǎng)絡(luò)
比特幣及以太坊高速發(fā)展的情況下，區(qū)塊鏈技術(shù)也得以快速拓展，由網(wǎng)絡(luò)代幣交易系統(tǒng)，拓展至企業(yè)問題應(yīng)對方案，包括物流體系等，可進行去中心化調(diào)整，實現(xiàn)對于貨物的精準追蹤，避免信息被篡改。超級賬本可提供企業(yè)級區(qū)塊鏈服務(wù)，在該P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點權(quán)限不同，需要經(jīng)過超級節(jié)點處理交易。超級賬本并未實現(xiàn)去中心化，但節(jié)點的劃分可提升網(wǎng)絡(luò)效率[2]。
4 對比分析
對不同的P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行對比分析，明確其優(yōu)勢與缺陷，并充分考量網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的實際需求。常見的區(qū)塊鏈技術(shù)，應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)代幣系統(tǒng)中，出于對P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行直觀對比與分析的考量，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成層面進行分析，具體的對比分析項目包括區(qū)中心化程度、節(jié)點接入網(wǎng)效率等方面。
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首先，進行去中心化程度的對比。比特幣代幣系統(tǒng)的出現(xiàn)及成功，愈發(fā)提高了區(qū)塊鏈去中心化特征的知名度。無論比特幣還是以太坊，都具備完全去中心化的優(yōu)勢，這一點并不等同于傳統(tǒng)中心金融機構(gòu)的完全中心化。區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有相同權(quán)限，無論種子節(jié)點還是普通節(jié)點，都具備一定的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，去中心化程度較高。超級節(jié)點功能與去中心化服務(wù)器相同，采用分布式集群，其去中心化程度低于比特幣等代幣，但高于銀行系統(tǒng)。
其次，節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)接入效率。效率越高，則服務(wù)水平越高。在接入網(wǎng)絡(luò)時，需要明確節(jié)點接入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，并實現(xiàn)區(qū)塊賬本信息同步。銀行中心系統(tǒng)的完全中心化環(huán)境下，節(jié)點接入效率最高。但比特幣及以太坊，需要實現(xiàn)全部區(qū)塊的同步，才可進行共識挖礦。考慮到比特幣的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可直接廣播節(jié)點地址，因此相較于以太坊，其具有更高的節(jié)點發(fā)現(xiàn)效率。
最后，隱私保護層面。基礎(chǔ)的隱私保護是保護身份標志，高等的因素保護是不保存用戶登錄及使用信息。區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化特性，對隱私保護提出要求。節(jié)點IP信息是物理地理信息的集合，可以代表用戶身份信息。多用戶使用相同物理節(jié)點的情況下，可通過身份信息實現(xiàn)用戶定位并對用戶行為進行追蹤。以太坊通過DHT對IP信息進行保存，以預(yù)防攻擊，其賬戶并不包含身份信息，而比特幣通過洪泛廣播，具體的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點難以定位。同時對節(jié)點地址信息加以保護，賬戶匿名，以保護用戶隱私[3]。
5 結(jié) 語
區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點向全網(wǎng)開啟，可通過任一節(jié)點進行去中心化的比特幣交易，但同時也給新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點入網(wǎng)造成困難。針對這一問題，比特幣、以太坊及超級賬本各自提出相應(yīng)的解決辦法，并且不斷推動區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)的演進與發(fā)展，技術(shù)應(yīng)用的去中心化程度將進一步加深，入網(wǎng)效率及隱私保護水平必將進一步提高。
