以太坊P2P模块节点发现算法剖析

原文地址:https://blog.csdn.net/weixin_40401264/article/details/78097842

核心数据结构:

NodeTable类负责以太坊的节点发现,NodeTable采用kademlia(KAD)算法进行节点发现

  • NodeTable维护一个网络节点列表,此列表为当前可用节点,供上层使用
  • 由于NodeID经过sha3生成出的Hash为256位。列表有256-1=255项,其中-1是因为刨除了当前节点(本机)
  • 列表的每一项位一个节点桶(NodeBucket),每个桶中最多放16个节点
  • 列表的第i项代表据当前节点(本机)距离为i+1的网络节点集合

节点探索算法:

其中节点间距离定义如下:

  • 节点NodeID(512位)会先用sha3算法生成一个256位hash。算两个节点的256位hash的XOR值,节点距离定义为此XOR值的1位最高位的位数。(例如:0010 0000 1000 0101 位XOR值的化 那么这两个节点的距离为14)
  • 此处的NodeID为网络节点公钥(512位)
  • 注意:这里的节点距离与机器的物理距离无关,这个距离仅仅是逻辑上的一种约定

发现算法思路如下:


  • 1.先随机一个目标节点的NodeID
  • 2.在列表中以相对NodeID的“距离”为指标,由近及远查找此待连节点“附近”的节点。并将这些节点放入“附近”节点集合
  • 3.向目标节点的“附近”节点集合中的每个节点发送FindNode消息
  • 4.若在目标节点的”附近”没有搜到节点,则返回步骤1
  • 5.否则等待600ms后跳转到步骤2

节点的状态:


  • Pending: 
    • 挂起状态,每个新发现的节点或通过代码添加的节点的初始状态
    • 在新增节点时会向此节点发送Ping消息,已查看是否在线
  • Alive:此状态说明Pong消息已收到,此节点在线。
  • Evicted:由于对当前节点某个距离的桶最多只允许存在16个节点,若在此距离发现的新节点正好超过了限额,则新节点保留,桶中最老的节点会被唤出,进入此状态

如何冷启动:

由于初始化时节点列表为空,所以不可能找到目标节点的所谓附近节点。这就需要一些初始种子节点进行连接。在eth客户端启动时会添加5个种子节点,这些节点的NodeID、ip、端口被硬编码在Host.pocHosts函数中。 


节点发现协议:

  • 协议: 
    • FindNode:节点查询协议,向目标节点询问其临近节点列表
    • Neighbours:响应FindNode消息,当某节点接到其它节点发来的FindNode消息时,会回送Neighbours消息,其中携带了此节点的附近节点
    • PingNode:用来查看节点是否存活。对于缺失NodeID的节点,也可用来询问其NodeID
    • Pong:对PingNode消息的响应
  • 协议交互: 
     
    • 在上面的算法描述中,当前节点会向随机选定的节点的附近节点集合中每个节点发送FindNode消息,表示希望查这些节点的附近节点
    • 这些节点在接收到FindNode消息会需要向发送节点回送Neighbours消息,并在此消息内含有所在节点的附近节点集合
    • 当前节点在收到回送的Neighbours消息后,会将Neighbours中所携带的节点加入到自己的网络节点列表中,并对这些携带节点发送Ping消息
    • 等到Pong的消息到达,证明此节点存活,并加入到节点列表中

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转载自blog.csdn.net/metal1/article/details/80221507