区块链原理与实践- 课件 第3章 网络层

网络层主讲：XXX辅导：XXX课程简介01.区块链与P2P网络03.区块链网络技术02.网络拓扑结构04.总结1区块链与P2P网络一区块链与P2P网络什么是P2P网络？点对点传输去中心化一区块链与P2P网络区块链为什么需要P2P网络？去中心化动态性高性价比隐私保护中心化低拓展性服务器价格昂贵易泄露隐私2区块链网络拓扑结构二区块链网络拓扑结构1.拓扑结构拓扑结构：指分布式系统中各个计算单元之间的物理或逻辑的互联关系，结点之间的拓扑结构一直是确定系统类型的重要依据。区块链拓扑结构就是P2P网络的拓扑结构。拓扑结构主要分为三类：中心化、去中心化和半中心化。二区块链网络拓扑结构2.中心化拓扑结构组织方式：星形拓扑。节点发现：服务端广播（泛洪）。优点：增强网络可管理性、对资源的发现和查询过程简单。缺点：单点故障、无法支持更大规模网络、泛洪消耗大量资源。中心化P2P网络的资源获取过程二区块链网络拓扑结构3.去中心化无结构网络拓扑组织方式：完全随机图。节点发现：泛洪或随机转发。优点：不存在单点故障。缺点：以保证较高的节点和资源管理效率、泛洪消耗大量资源、限制网络拓展性使用示例：比特币。泛洪式资源搜索过程二区块链网络拓扑结构3.去中心化无结构网络拓扑泛洪式资源查询过程：a、生成查询请求，将请求转发给邻居节点。b、邻居节点检查自身是否有该文件，若有，则发送给查询节点；若否，则转发给自己邻居节点。c、收到请求的节点重复b过程。泛洪式问题的解决方案：为防止消息循环转发，一般采取的方法是给查询消息附加一个字段TTL(timetolive)并赋以一定的初值，查询消息每转发一次该值减1，减为0时查询消息被丢弃不再转发。二区块链网络拓扑结构4.去中心结构化网络拓扑DHT（分布式散列表）：DHT技术是将一个关键值（key）集合分散地存储到一个分布式系统中众多节点上的方法，在收到针对一个特定键值的查询请求后，可以有效、准确地定位键值的拥有者peer。使用示例：以太坊去中心结构化网络拓扑二区块链网络拓扑结构4.半中心化网络拓扑半中心化网络拓扑结合了中心化与去中心化网络网络拓扑的优点。节点类型：超级节点（索引节点）与普通节点。超级节点：承担索引和目录服务器功能。普通节点：自主选择最优超级节点接入。使用示例：Fabric半中心结构化网络拓扑3区块链网络技术三区块链网络技术1.比特币网络

网络节点

特币网络中使用了P2P网络技术，各个节点的地位是平等的。节点在网络中有四项基本功能：比特币钱包、挖矿、区块链数据库和网络路由器。

钱包：管理公私钥与转账。

挖矿：运行工作量证明pow算法，以相互竞争的方式进行交易确认，创建新的区块，获得比特币奖励。

区块链数据库：存完整的、最新的区块链账本副本。

区块链路由器：负责比特币网络节点发现、链路维持、数据转发等网络功能。

比特币节点功能三区块链网络技术1.比特币网络

节点发现

一个新的节点进入网络时，必须和现有的网络节点建立连接，以便进行寻址、消息转发和其它协同操作。

节点推送：节点将自身信息主动发送给每一个邻居节点，邻居节点接收后保存在自己的列表中。

节点拉取：为了获取更远范围的节点信息，节点可以向其邻居节点发起查询，请求对方的邻居节点列表，从而获得两跳邻居节点的信息连接维护

对已经建立连接的节点需要周期性地检测其存活性，比特币网络中使用的方法是定时发送ping消息（8比特的随机数），对方收到后回复一个pong响应消息，则说明连接正常。如果对方持续20分钟没有回应，则认为节点已经退出。

三区块链网络技术2.以太坊网络DHT技术优点：能够较好地适应节点频繁加入或离开的P2P网络。主要结构：需要存储的数据data，数据的索引key（如长度为160bit的data的哈希值）。关键值分割：分布式哈希表通常采用稳定散列（consistenthashing）计算与一个关键值应该由哪个节点负责存储。

分布式哈希表三区块链网络技术3.HyperledgerFabric网络

网络节点Client节点：系统最终用户进行操作的节点，无法独立完成交易，主要作用是实现用户交互，将用户的操作提交给其它类型节点并接收反馈信息Peer节点：Peer节点参与存储区块链数据、交易处理、共识生成和智能合约执行等一系列操作。按照具体功能不同，可以分为两种类型：记账节点（Committer）和背书节点(Endorser)。排序节点：对于多个客户节点提交的交易，位于网络不同位置的Peer节点可能收到的顺序不一样，如果按照先到先处理的规则会出现交易排序不一致的问题，因此需要在网络中设置排序节点负责对交易进行排序。认证节点：认证节点负责对网络中所有节点的身份认证和证书分发。

三区块链网络技术3.HyperledgerFabric网络Gossip协议Gossip协议也叫做传染病协议（EpidemicProtocol），顾名思义，是模拟疾病在人群中散播流行的过程实现网络节点之间消息的分发过程。Gos