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摘 要： 摘要：筆者謹(jǐn)就區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的演進(jìn)過(guò)程進(jìn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的獨(dú)到特性，可擺脫中心服務(wù)器對(duì)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(jǐn)就區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的演進(jìn)過(guò)程進(jìn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的獨(dú)到特性，可擺脫中心服務(wù)器對(duì)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(jí)賬本三種類型，筆者以這三種類型為對(duì)象對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并為區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的進(jìn)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(shì)在于：去中心化，可基于全部節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈資源及服務(wù)的均衡分布，并利用共識(shí)機(jī)制，為區(qū)塊鏈一致性提供保障;可拓展性，區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)可以自由增加并減少，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓展;健壯性，缺乏中心節(jié)點(diǎn)的情況下，對(duì)區(qū)塊鏈的攻擊對(duì)象不明確，即使某些節(jié)點(diǎn)被破壞，區(qū)塊鏈的安全性也不會(huì)受到太大的影響，因而可加強(qiáng)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(diǎn)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(diǎn)與中心服務(wù)器相連，掌握節(jié)點(diǎn)地址，以便于進(jìn)行節(jié)點(diǎn)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(guò)該網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)音樂(lè)文件與保存文件的相互關(guān)聯(lián)，用戶可通過(guò)在對(duì)某文件進(jìn)行查找時(shí)了解到的節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)位置，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，獲取該MP3文件的共享。中心服務(wù)器的應(yīng)用，可對(duì)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(wèn)題，則P2P網(wǎng)絡(luò)會(huì)癱瘓，P2P網(wǎng)絡(luò)中心向用戶提供索引與節(jié)點(diǎn)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(diǎn)具備較大自由性，不存在中心節(jié)點(diǎn)的限制，以及同一的結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn)，以隨機(jī)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的搜索系統(tǒng)，通過(guò)洪泛技術(shù)發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)并轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)TTL減值以有效控制傳播次數(shù)。但同時(shí)，過(guò)于自由的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，會(huì)導(dǎo)致P2P網(wǎng)絡(luò)信息難以被新的入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所掌握，影響節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，同時(shí)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(wú)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(diǎn)地址管理是其中較為嚴(yán)重的問(wèn)題，節(jié)點(diǎn)之間缺少規(guī)則限制的情況下，節(jié)點(diǎn)信息難以精準(zhǔn)定位，需要進(jìn)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(duì)節(jié)點(diǎn)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理。為此，以太坊采用節(jié)點(diǎn)橢圓加密轉(zhuǎn)換的方式實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)區(qū)分，精準(zhǔn)定位節(jié)點(diǎn)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(shì)，劃分網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，打造半分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由超級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址加以維護(hù)，以保證中心服務(wù)器的功能性得以凸顯。超級(jí)節(jié)點(diǎn)為分布式節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)劃分為普通節(jié)點(diǎn)及超級(jí)節(jié)點(diǎn)，超級(jí)節(jié)點(diǎn)的確定可基于普通節(jié)點(diǎn)，或可自行單獨(dú)配置[1]。
3 區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議演進(jìn)
3.1比特幣及P2P網(wǎng)絡(luò)
為滿足節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)需求，其一，種子節(jié)點(diǎn)。種子節(jié)點(diǎn)為具備長(zhǎng)期穩(wěn)定性的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將其編寫至代碼中，初步啟動(dòng)種子節(jié)點(diǎn)，即可向入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)提供節(jié)點(diǎn)地址。從而保證新節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)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(diǎn)作為中介與橋梁，通過(guò)該節(jié)點(diǎn)獲取其他節(jié)點(diǎn)地址，該技術(shù)的具體應(yīng)用，包括主動(dòng)廣播及主動(dòng)獲取兩種方式。其三，建立地址數(shù)據(jù)庫(kù)。該技術(shù)的應(yīng)用，是出于避免種子節(jié)點(diǎn)連接站及帶寬限制，對(duì)地址廣播中的節(jié)點(diǎn)地址信息加以保存，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，若兩個(gè)已建立連接的節(jié)點(diǎn)之間，一段時(shí)間內(nèi)未有數(shù)據(jù)通信，則一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，接收信息的節(jié)點(diǎn)回復(fù)響應(yīng)報(bào)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(qiáng)調(diào)打造以區(qū)塊鏈為基礎(chǔ)的生態(tài)環(huán)境，對(duì)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(tái)及存儲(chǔ)平臺(tái)，基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于其他節(jié)點(diǎn)地址的精準(zhǔn)定位，通過(guò)DTH技術(shù)保證網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)化。以哈希算法進(jìn)行數(shù)據(jù)散列，形成散列數(shù)據(jù)表，為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供用以維護(hù)的數(shù)據(jù)支撐。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上分布散列表，任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都具備其獨(dú)特的IP信息，可查找其他節(jié)點(diǎn)，并被其他節(jié)點(diǎn)定位。以太坊通過(guò)DHT機(jī)制加以維護(hù)，但該維護(hù)機(jī)制過(guò)于復(fù)雜，因此在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)高頻率變化的情況下，該機(jī)制難以適應(yīng)。另外，以太坊通過(guò)Kad協(xié)議以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址的快速查找與精準(zhǔn)定位。
3.3超級(jí)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(wèn)題應(yīng)對(duì)方案，包括物流體系等，可進(jìn)行去中心化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)于貨物的精準(zhǔn)追蹤，避免信息被篡改。超級(jí)賬本可提供企業(yè)級(jí)區(qū)塊鏈服務(wù)，在該P(yáng)2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)權(quán)限不同，需要經(jīng)過(guò)超級(jí)節(jié)點(diǎn)處理交易。超級(jí)賬本并未實(shí)現(xiàn)去中心化，但節(jié)點(diǎn)的劃分可提升網(wǎng)絡(luò)效率[2]。
4 對(duì)比分析
對(duì)不同的P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，明確其優(yōu)勢(shì)與缺陷，并充分考量網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的實(shí)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(duì)P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行直觀對(duì)比與分析的考量，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成層面進(jìn)行分析，具體的對(duì)比分析項(xiàng)目包括區(qū)中心化程度、節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)效率等方面。
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首先，進(jìn)行去中心化程度的對(duì)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(wú)論比特幣還是以太坊，都具備完全去中心化的優(yōu)勢(shì)，這一點(diǎn)并不等同于傳統(tǒng)中心金融機(jī)構(gòu)的完全中心化。區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有相同權(quán)限，無(wú)論種子節(jié)點(diǎn)還是普通節(jié)點(diǎn)，都具備一定的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，去中心化程度較高。超級(jí)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)，需要明確節(jié)點(diǎn)接入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)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(diǎn)接入效率最高。但比特幣及以太坊，需要實(shí)現(xiàn)全部區(qū)塊的同步，才可進(jìn)行共識(shí)挖礦。考慮到比特幣的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可直接廣播節(jié)點(diǎn)地址，因此相較于以太坊，其具有更高的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)效率。
最后，隱私保護(hù)層面。基礎(chǔ)的隱私保護(hù)是保護(hù)身份標(biāo)志，高等的因素保護(hù)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(duì)隱私保護(hù)提出要求。節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的情況下，可通過(guò)身份信息實(shí)現(xiàn)用戶定位并對(duì)用戶行為進(jìn)行追蹤。以太坊通過(guò)DHT對(duì)IP信息進(jìn)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(guò)洪泛廣播，具體的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)難以定位。同時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)地址信息加以保護(hù)，賬戶匿名，以保護(hù)用戶隱私[3]。
5 結(jié) 語(yǔ)
區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)向全網(wǎng)開啟，可通過(guò)任一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行去中心化的比特幣交易，但同時(shí)也給新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)造成困難。針對(duì)這一問(wèn)題，比特幣、以太坊及超級(jí)賬本各自提出相應(yīng)的解決辦法，并且不斷推動(dòng)區(qū)塊鏈P2P網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)與發(fā)展，技術(shù)應(yīng)用的去中心化程度將進(jìn)一步加深，入網(wǎng)效率及隱私保護(hù)水平必將進(jìn)一步提高。