区块链北大肖老师学习笔记5
创始人
2024-04-29 10:11:49
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第六节

比特币网络

比特币工作在应用层(application layer:Bitcoin block chain),它的底层是一个网络层(network layer:P2P overlay network)。

比特币的P2P网络是非常简单的,所有节点都是对等的。不像有的P2P网络有所谓的超级节点(super node)、主节点(master node)。

要加入P2P网络首先得知道至少有一个种子节点,然后你要跟种子节点联系,它会告诉你它所知道的网络中的其他节点,节点之间是通过TCP通信的,这样有利于穿透防火墙。当你要离开时不需要做任何操作,不用通知其他节点,退出应用程序就行了。别的节点没有听到你的信息,过一段时间之后就会把你删掉。

比特币网络的设计原则是:简单、鲁棒,而不是高效。每个节点维护一个零度节点的集合,消息传播在网络中采取flooding的方式。节点第一次听到某个消息的时候,把它传播给去他所有的零度节点,同时记录一下这个消息我已经收到过了。下次再收到这个消息的时候,就不用转发给零度节点了。

零度节点的选取是随机的,没有考虑底层的拓扑结构。比如一个在加利福尼亚的节点,它选的零度节点可能是在阿根廷的。这样设计的好处是增强鲁棒性,它没有考虑底层的拓扑结构,但是牺牲的是效率,你向身边的人转账和向美国的人转账速度是差不多的。

比特币系统中,每个节点要维护一个等待上链的交易的集合。假如一个集合的交易都是等待写入区块链里的,那么第一次听到某个交易的时候,把这个交易加入这个集合,并且转发这个交易给节点,以后再收到这个交易就不用转发了,这样避免交易会在网络上无线的传播下去。转发的前提是该交易是合法的。

这里有冲突的情况,有可能你会有两个有冲突的交易,差不多同时被广播到网络上。比如说A→B和A→C,这两个如果同时广播在网络上,那么每个节点根据在网络中的位置的不同,收到两个交易的先后顺序不同。

比如一个人先收到第一个交易,就写入到集合里,再收到第二个交易的时候就不会写入集合,因为跟上一个交易有冲突,就认定是非法的。假设这两个交易花的是同一个币,那么写入集合的交易就会被删掉。

比如说节点听到一个新发布的区块,里面包含了A→B的交易,那么这个交易就可以删掉了,因为已经写入到了区块链里。如果节点又听到了A→C的交易,该怎么办?这时候也要把A→B删掉。因为A→C如果已经被写入到了区块里,那么A→B就变成了非法交易,就变成了double spending,这就是冲突的情况。可能某个先收到A→C的节点,抢先挖到了矿,发布了区块。

新发布的区块在网络上的传播有很多方式,跟新发布的交易是类似的。每个节点除了要检查区块的内容合法性之外,还要查它是不是在最长合法链里。越是大的区块,在网络上传播速度越慢。

比特币协议对区块的大小有1M字节的限制。比特币系统采用的传播方式是非常耗费带宽的,带宽是瓶颈。按1M的区块大小限制来算的话,一个新发布的区块有可能需要几十秒,才能传输到网络大部分境地,这已经是挺长时间了,所以这个限制值不算小。

还需要注意的一点:我们讲的比特币网络的传播属于best effort 。一个交易发布到比特币网络上,不一定所以的节点都能收到,而且不同的节点收到这个交易的顺序也不一定是一样的。网络传播存在延迟,而且这个延迟有的时候可能会很长,有的节点也不一定按照比特币协议的要求进行转发。

可能有的该转发的不转发,导致某些合法的交易收不到,也有的节点可能转发一些不该转发发的消息,比如说有些不合法的交易也被转发了。这就是我们面临的一个实际问题。

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