发布时间：2020-02-10所属分类：计算机职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：笔者谨就区块链P2P网络协议的演进过程进行阐述与分析。区块链技术的网络层通信协议为点对点结构，笔者以此为基石，搭建了区块链网络层，凭借其去中心化及点对点的独到特性，可摆脱中心服务器对网络层的限制与束缚。现阶段的主流区块链技术包括比特币、
摘要：笔者谨就区块链P2P网络协议的演进过程进行阐述与分析。区块链技术的网络层通信协议为点对点结构，笔者以此为基石，搭建了区块链网络层，凭借其去中心化及点对点的独到特性，可摆脱中心服务器对网络层的限制与束缚。现阶段的主流区块链技术包括比特币、以太坊及超级账本三种类型，笔者以这三种类型为对象对区块链技术应用的优缺点进行分析，并为区块链P2P网络协议的进一步完善提供参考。
关键词：区块链;P2P网络协议;比特币
1 引言
P2P网络优势在于：去中心化，可基于全部节点，实现区块链资源及服务的均衡分布，并利用共识机制，为区块链一致性提供保障;可拓展性，区块链节点可以自由增加并减少，实现网络系统的拓展;健壮性，缺乏中心节点的情况下，对区块链的攻击对象不明确，即使某些节点被破坏，区块链的安全性也不会受到太大的影响，因而可加强区块链与P2P网络的相互结合。
2 区块链P2P网络类型
2.1中心化P2P网络
中心化P2P网络十分依赖中心服务器，并将接入节点地址数据作为网络核心。区块链技术环境下，普通网络节点与中心服务器相连，掌握节点地址，以便于进行节点通讯。Napster作为世界知名MP3共享软件，所采用的网络结构就是中心化P2P网络，通过该网络，实现音乐文件与保存文件的相互关联，用户可通过在对某文件进行查找时了解到的节点存储位置，实现点对点的连接，获取该MP3文件的共享。中心服务器的应用，可对网络稳定性造成决定性影响，若中心服务器存在问题，则P2P网络会瘫痪，P2P网络中心向用户提供索引与节点通信。
2.2全分布、非结构P2P网络
该网络结构下，P2P网络节点具备较大自由性，不存在中心节点的限制，以及同一的结构化标准，以随机图的形式提供网络服务。该网络结构中，Gnutella协议较为知名，该协议是一种点对点的搜索系统，通过洪泛技术发现节点并转发节点，通过TTL减值以有效控制传播次数。但同时，过于自由的网络机制，会导致P2P网络信息难以被新的入网节点所掌握，影响节点入网，同时导致网络结构的稳定性受到影响，资源大量被无端消耗，并造成网络阻塞。
2.3全分布、结构化P2P网络
该结构的应用中，节点地址管理是其中较为严重的问题，节点之间缺少规则限制的情况下，节点信息难以精准定位，需要进行查找，造成网络消耗。而全分布、结构化P2P网络，采用哈希表，以加密散列函数，对节点地址数据加以规范，该方式应用并不存在固定的网络结构，但需要基于固定的结构图进行网络节点管理。为此，以太坊采用节点椭圆加密转换的方式实现节点区分，精准定位节点地址。
2.4半分布式P2P网络
该网络结构兼具中心化及分布式两种结构的优势，划分网络节点，打造半分布式网络结构，由超级节点对网络节点地址加以维护，以保证中心服务器的功能性得以凸显。超级节点为分布式节点，具备入网及退出的自由性。其中具有代表性的应用为Kazza。半分布式结构将节点划分为普通节点及超级节点，超级节点的确定可基于普通节点，或可自行单独配置[1]。
3 区块链P2P网络协议演进
3.1比特币及P2P网络
为满足节点入网需求，其一，种子节点。种子节点为具备长期稳定性的网络节点，将其编写至代码中，初步启动种子节点，即可向入网节点提供节点地址。从而保证新节点与其他节点的相互连接，并获取相依的地址列表。其二，地址广播。该技术的应用，是以某网络节点作为中介与桥梁，通过该节点获取其他节点地址，该技术的具体应用，包括主动广播及主动获取两种方式。其三，建立地址数据库。该技术的应用，是出于避免种子节点连接站及带宽限制，对地址广播中的节点地址信息加以保存，形成数据库，若两个已建立连接的节点之间，一段时间内未有数据通信，则一个节点向另一节点发送信息，接收信息的节点回复响应报文，以维持连接。
3.2以太坊及P2P网络
以太坊的P2P网络，是以比特币的P2P网络结构为基础的，其交易系统与比特币十分相近，并强调打造以区块链为基础的生态环境，对以太坊及其分布式应用加以拓展。以太坊搭建了分布式信息通讯平台及存储平台，基于网络节点，实现对于其他节点地址的精准定位，通过DTH技术保证网络的结构化。以哈希算法进行数据散列，形成散列数据表，为每个网络节点提供用以维护的数据支撑。网络节点上分布散列表，任何网络节点都具备其独特的IP信息，可查找其他节点，并被其他节点定位。以太坊通过DHT机制加以维护，但该维护机制过于复杂，因此在网络节点高频率变化的情况下，该机制难以适应。另外，以太坊通过Kad协议以实现对网络节点地址的快速查找与精准定位。
3.3超级账本及P2P网络
比特币及以太坊高速发展的情况下，区块链技术也得以快速拓展，由网络代币交易系统，拓展至企业问题应对方案，包括物流体系等，可进行去中心化调整，实现对于货物的精准追踪，避免信息被篡改。超级账本可提供企业级区块链服务，在该P2P网络结构中，网络节点权限不同，需要经过超级节点处理交易。超级账本并未实现去中心化，但节点的划分可提升网络效率[2]。
4 对比分析
对不同的P2P网络结构进行对比分析，明确其优势与缺陷，并充分考量网络应用的实际需求。常见的区块链技术，应用于网络代币系统中，出于对P2P网络结构进行直观对比与分析的考量，从网络结构构成层面进行分析，具体的对比分析项目包括区中心化程度、节点接入网效率等方面。
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首先，进行去中心化程度的对比。比特币代币系统的出现及成功，愈发提高了区块链去中心化特征的知名度。无论比特币还是以太坊，都具备完全去中心化的优势，这一点并不等同于传统中心金融机构的完全中心化。区块链P2P网络节点具有相同权限，无论种子节点还是普通节点，都具备一定的网络架构，去中心化程度较高。超级节点功能与去中心化服务器相同，采用分布式集群，其去中心化程度低于比特币等代币，但高于银行系统。
其次，节点的网络接入效率。效率越高，则服务水平越高。在接入网络时，需要明确节点接入区块链网络，并实现区块账本信息同步。银行中心系统的完全中心化环境下，节点接入效率最高。但比特币及以太坊，需要实现全部区块的同步，才可进行共识挖矿。考虑到比特币的网络节点可直接广播节点地址，因此相较于以太坊，其具有更高的节点发现效率。
最后，隐私保护层面。基础的隐私保护是保护身份标志，高等的因素保护是不保存用户登录及使用信息。区块链技术的去中心化特性，对隐私保护提出要求。节点IP信息是物理地理信息的集合，可以代表用户身份信息。多用户使用相同物理节点的情况下，可通过身份信息实现用户定位并对用户行为进行追踪。以太坊通过DHT对IP信息进行保存，以预防攻击，其账户并不包含身份信息，而比特币通过洪泛广播，具体的网络节点难以定位。同时对节点地址信息加以保护，账户匿名，以保护用户隐私[3]。
5 结 语
区块链P2P网络结构中，网络节点向全网开启，可通过任一节点进行去中心化的比特币交易，但同时也给新的网络节点入网造成困难。针对这一问题，比特币、以太坊及超级账本各自提出相应的解决办法，并且不断推动区块链P2P网络的演进与发展，技术应用的去中心化程度将进一步加深，入网效率及隐私保护水平必将进一步提高。
SCISSCIAHCI
