区块链应用技术 课件 5.2P2P网络核心技术

P2P网络核心技术P2P网络核心技术1.分布式哈希表2.Kademlia协议3.Gossip协议分布式哈希表分布式哈希表的基础：

常用的数据结构——哈希表哈希表存储的数据有键（key）和值（velue）两部分：它通过计算一个关于键值的函数，将所需查询的数据映射到表中一个位置来访问记录。给定表M，存在函数f(key)，对任意给定的关键字值key，代入函数后若能得到包含该关键字的记录在表中的地址，则称表M为哈希（Hash）表，函数f(key)为哈希(Hash)函数。如这个图所示，键为人名，值为buckets中的电话号码，bucket可以看作一个长度为16的数组。人名通过哈希函数转换为数字，数字作为buckets数组的下标。分布式哈希表：存储的键值对数据并不仅仅存在于一台电脑中，而是分布在不同的节点（电脑）中。分布式哈希表有三个特性：（1）离散性：构成系统的节点并没有任何中央式的协调机制，做到了完全的去中心化。（2）伸缩性：即使有成千上万个节点，系统仍然十分有效。加入的节点越多，网络可以提供的服务能力越强。（3）容错性：即使节点不断地加入、离开或是停止工作，系统仍能达到一定的可靠性。Kademlia协议相比于分布式哈希表协议，Kademlia协议采用的数据结构简单、路由方式实现起来足够灵活、具有比较好的性能并且安全性也较强。综合起来在各种哈希表实现中具有很强的竞争力，成了分布式哈希表中被采用最多的技术。1.如何衡量两个ID是否接近（Kademlia的距离衡量机制）Kademlia协议中采用了异或算法（XOR）作为距离算法来衡量两个ID的远近。比较两个ID时，首先把字符串的哈希值变为二进制表示。这里假设节点A的ID二进制表示为01010101，节点B的ID二进制表示为01000000，将两个ID进行异或运算（对应位置的0、1进行异或），结果为00010101，转化为十进制为25。也就是说这两个ID的距离用十进制表示为25。2.如何根据文件的哈希值得到文件存储位置信息（kademlia的路由机制）理解路由机制，可以从Kademlia中k-bucket（k-桶）出发。k-桶是Kademlia论文中提出的一个概念，一个节点会有多个k-桶，不同k-桶

的区别在于离这个节点的距离不同，每个k-桶

中存放了离节点在某个距离范围内的其他已知节点。Kademlia协议建立在上述K-桶之上，可以发起四种消息请求。（1）PING：用来测试节点是否依然在线。（2）STORE：在某个节点中存储一个键值对。（3）FIND_NODE：消息请求的接受者将返回自己K桶中离请求的节点的ID最近的K个节点。（4）FIND_VALUE：根据文件资源的KEY查找一个数据和FIND_NODE类似，如果请求接收着拥有KEY对应的文件资源则返回数据。Gossip协议 1、在HyperledgerFabric中，节点间同步数据采用的是Gossip协议，当节点因为异常缺少账本数据时，可以通过Gossip协议从邻近的节点获得账本数据，保证集群中节点账本的一致性。 2、Gossip是一种去中心化思路的分布式协议，解决集群中的数据传播和状态一致性的问题。（1）协议流程

节点A向节点K发送数据有三种方式：1、push模式：

节点A将数据（key，version，value）推送给K，K更新version比自己新的数据。2、pull模式：

节点A将数据（key，version）推送给K，K将本地version比A新的数据推送给A。3、push/pull模式：

先采用push模式更新K，然后采用pull模式更新A。（2）Gossip缺陷

由于Gossip协议中，节点只会随机向少数几个节点发送消息，消息最终是通过多个轮次的散播而到达全网的，因此使用Gossip协议会造成不可避免的消息延迟。不适合用在对实时性要求较高的场景。

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