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P2P网络数据处理流程及数据交互

日期:2024-11-23 15:53:38 栏目:元宇宙 阅读:

在当今信息技术飞速发展的时代,P2P(点对点)网络以其去中心化、灵活性以及高效的数据传输能力,逐渐成为了数据处理与交互的重要方式。P2P网络不仅在文件共享、在线游戏等领域展现了巨大的潜力,而且在金融、社交和物联网等新兴领域的应用也愈发广泛。本文将深入探讨P2P网络的数据处理流程及其数据交互机制,力求为读者提供一个全面而深入的理解。

首先,P2P网络的基本架构是理解其数据处理流程的关键。P2P网络的核心思想是每个节点都可以直接与其他节点进行通信,而不需要通过中心服务器。这种架构的优点在于,节点之间的直接连接可以大大提高数据传输的效率和可靠性。当某个节点需要请求数据时,它可以向网络中的其他节点发送请求,直接从多个节点获取所需的信息。这种方式不仅分散了数据存储的压力,还提高了数据的冗余性,确保了信息的持久性。

在P2P网络的数据处理流程中,数据的获取、处理和存储是三个核心环节。首先,在数据获取阶段,节点通过特定的协议(如BitTorrent协议)向网络中的其他节点发送请求。这一过程通常涉及到多个节点的协同工作,例如,一个文件可能被分割成多个小块,每个节点负责下载不同的数据块。这种分布式下载的方式不仅加快了下载速度,还提高了网络的整体效率。通过这种方式,用户在下载大文件时可以体验到更快的速度和更高的稳定性。

其次,在数据处理阶段,节点需要对获取的数据进行解析和处理。以在线直播为例,数据在传输过程中可能会受到网络延迟、丢包等问题的影响。为了保证数据的完整性和实时性,节点需要实施一定的纠错机制。这些机制通常依赖于数据包的校验和重传策略。比如,某个节点在接收数据时,会对数据包进行校验,如果发现数据包缺失或损坏,它会向发送方请求重传。这种自我修复的能力,使得P2P网络在面对不稳定网络环境时,依然能够保持较高的传输质量。

最后,在数据存储阶段,P2P网络的节点通常会将接收到的数据存储在本地,以便未来其他节点的请求。这里需要注意的是,P2P网络中的数据存储并不是集中式的,而是分散在每个节点中。这种设计不仅减少了对中心服务器的依赖,还使得数据的访问更加灵活。例如,在某些P2P文件共享平台上,用户上传的文件会被分割成多个小块,并分布在不同的节点上。当其他用户请求下载时,系统会自动从多个节点并行下载这些小块,从而实现快速的文件传输。

数据交互是P2P网络的另一个重要方面。P2P网络中的数据交互不仅包括节点之间的数据传输,还涉及到节点之间的信息共享与协作。在P2P网络中,节点之间的信任关系尤为重要。为了确保数据的安全性和完整性,节点需要建立起相互信任的机制。这可以通过多种方式实现,如信誉评分系统、数字签名等。信誉评分系统允许节点根据历史交互记录来评估其他节点的可靠性,而数字签名则可以确保数据在传输过程中没有被篡改。

随着区块链技术的崛起,P2P网络的数据处理与交互方式也在不断演变。区块链技术的去中心化特性与P2P网络相辅相成,为数据的安全性和透明性提供了新的解决方案。在区块链网络中,数据的每一次交互都会被记录在分布式账本上,从而确保数据的不可篡改性。这种机制不仅增强了数据的安全性,还提升了用户的信任度。在金融领域,P2P网络结合区块链技术,已经催生了去中心化金融(DeFi)等新兴应用,彻底改变了传统金融服务的运作方式。

当然,P2P网络在数据处理与交互中也面临着一些挑战。首先是网络安全问题,P2P网络由于其去中心化的特性,容易成为网络攻击的目标。例如,DDoS(分布式拒绝服务)攻击可以通过大量节点向某个特定节点发送请求,导致该节点无法正常工作。此外,数据隐私问题也是一个不容忽视的挑战。在P2P网络中,由于节点之间的直接交互,用户的个人信息和数据可能会面临泄露的风险。因此,如何在保证数据传输效率的同时,确保数据的安全性和隐私性,是P2P网络未来发展的重要课题。

在实践中,许多公司和组织正在积极探索P2P网络在数据处理与交互方面的应用。例如,某些流媒体平台通过P2P技术实现用户之间的视频共享,既降低了服务器的负担,又提高了用户的观看体验。而在文件共享领域,P2P技术则被广泛应用于大文件的快速传输,满足了用户对高效传输的需求。这些实例不仅展示了P2P网络的潜力,也为我们提供了宝贵的经验。

总结来看,P2P网络的数据处理流程及数据交互机制是一个复杂而又充满活力的领域。通过深入分析P2P网络的架构、数据处理流程、交互机制及其面临的挑战,我们可以更好地理解这一新兴技术的未来发展趋势。随着技术的不断进步,P2P网络在数据处理与交互中的应用将愈加广泛,必将为我们带来更多的机遇与挑战。在这个信息化高度发达的时代,深入研究P2P网络,将有助于我们更好地把握未来科技的发展脉搏,推动社会的进步与创新。


一、P2P网络数据处理流程

监听(ListenLoop)+拨号(Dial) –> 建立连接(SetupConn) –> Enc
握手(doEncHandshake) –> 协议握手(doProtoHandshake) –> 添加Peer Addpeer
–> Run Peer

1\. Enc握手 doEncHandshake

监听时接收到Enc握手:receiverEncHandshake

拨号时发起初始End握手:initiatorEncHandshake

链接的发起者被称为initiator(主动拨号),链接的被动接受者被成为receiver(被动监听)。 这两种模式下处理的流程是不同的,完成握手后,
生成了一个sec可以理解为拿到了对称加密的密钥。 然后创建了一个newRLPXFrameRW帧读写器,完成加密信道的创建过程。

initiatorEncHandshake 和receiverEncHandshake有些像,但逻辑处理是相反的过程。

makeAuthMsg

makeAuthMsg这个方法创建了handshake message。
首先对端的公钥可以通过对端的ID来获取。对端的公钥对于发起者来说是知道的;对于接收者来说是不知道的。

根据对端的ID计算出对端公钥remotePub

生成一个随机的初始值initNonce

生成一个随机的私钥

使用自己的私钥和对方的公钥生成的一个共享秘密

用共享秘密来加密这个initNonce

这里把发起者的公钥告知对方

这一步,主要是构建authMsgV4结构体。

sealEIP8

sealEIP8对msg进行rlp的编码,填充一下数据,然后使用对方的公钥把数据进行加密。

readHandshakeMsg

readHandshakeMsg有两个地方调用:
一个是在initiatorEncHandshake,另外一个就是在receiverEncHandshake。 这个方法比较简单,
首先用一种格式尝试解码,如果不行就换另外一种。基本上就是使用自己的私钥进行解码然后调用rlp解码成结构体。
结构体的描述就是authRespV4.里面最重要的就是对端的随机公钥。 双方通过自己的私钥和对端的随机公钥可以得到一样的共享秘密。
而这个共享秘密是第三方拿不到的。

secrets

secrets函数是在handshake完成之后调用。它通过自己的随机私钥和对端的公钥来生成一个共享秘密,这个共享秘密是瞬时的(只在当前这个链接中存在)。

这个函数计算出IngressMAC和EgressMAC用于rlpxFrameRW中ReadMsg,WriteMsg数据的接收发送。

数据帧结构

2\. 协议握手doProtoHandshake

这个方法比较简单,加密信道已经创建完毕。 我们看到这里只是约定了是否使用Snappy加密然后就退出了。

在这个函数,发送给对方 handshakeMsg = 000.在readProtocolHandshake中读取接收对方发过来的handshakeMsg。

3\. RLPX 数据分帧

在完成Encode握手之后,调用newRLPXFrameRW方法创建rlpxFrameRW对象,这的对象提供ReadMsg和WriteMsg方法

ReadMsg

)

1读取帧头header

2 验证帧头MAC

3 获取帧体Frame大小

4 读取帧体数据

5 验证帧体MAC信息

6 解密帧体内容(NewCTR à XORKeyStream)

7 解码帧体(RLP Decode)

8 解析帧体结构(msg.Size & msg.Payload)

9 snappy解码

WriteMsg

1 RLP编码msg.Code

2 如果snappy,就对读取payload并进行snappy编码

3 写帧头header (32字节)

4 写帧头MAC

5 写帧体信息(ptype+payload+padding)

6 写帧体MAC

4\. runPeer

newPeerHook,建立peer的钩子函数

广播PeerEventTypeAdd事件

运行protocol

广播PeerEventTypeDrop事件

删除peer

run protocol

1 启动协程readLoop,读取消息并根据msg.Code处理消息:

pingMsg->pongMsg

discMsg->RLP解码msg.Payload返回reason

其他协议消息处理,根据msg.Code的取值范围,把msg分给注册的协议进行处理。

2 启动协程pingLoop

根据pingInterval(15秒)定时发送pingMsg消息

3 启动协议

startProtocols主要功能是启动协程运行注册协议的run函数proto.Run(p,
rw),这个rw参数类型是protoRW,它实现的ReadMsg和WriteMsg增加msg.Code取值范围的处理。不同的protocol有不同的code取值范围,根据offset和Length确定。

二、P2P网络数据交互

1\. 发送交易数据SendTransactions

事件触发交易广播txBroadcastLoop

本地发送了一个交易,或者是接收到别人发来的交易信息。 txpool会产生一条消息,消息被传递到txCh通道。然后被goroutine
txBroadcastLoop()处理, 发送给其他不知道这个交易的peer。

ProtocolManager在Start的时候,订阅TxPreEvent并启动txBroadcastLoop协程监听事件。

当监听到事件后,调用BroadcastTx进行广播,广播按照委员及候选委员,接入节点,轻节点逐层广播。

发送交易之前,会把tx.Hash放到peer的knownTxs中:

新连接建立txsyncLoop

txsyncLoop负责每个新连接的初始事务同步。 当新的peer出现时,我们转发所有当前待处理的事务。

在txsyncLoop函数中定义了一个send函数来广播交易信息:

2\. 发送区块哈希值SendNewBlockHashes

广播挖矿区块 NewMinedBlockEvent

ProtocolManager在Start的时候,订阅NewMinedBlockEvent并启动 minedBroadcastLoop()协程监听事件。

监听到事件后,开始广播区块信息。

先根据BroadcastBlock输入的参数propagate决定是否广播区块,当propagate为true时,广播区块信息。之后开始广播区块哈希。

广播时,先把hash放到knownBlocks里面,在广播区块和区块哈希

基于块通知的同步Fetcher

Fetcher Start函数中启动协程:

Fetcher模块的queue里面缓存了已经完成fetch的block,等待按照顺序插入到本地的区块链中。优先级别就是他们的区块号,这样区块数小的排在最前面。最后调用insert方法把给定的区块插入本地的区块链。

在insert函数中,有两处广播:一是如果区块头通过验证,那么马上对区块进行广播;二是如果插入成功,
那么广播区块,第二个参数为false,那么只会对区块的hash进行广播。

定时同步syncer

syncer中会定时的同BestPeer()来同步信息: 当有新的Peer增加的时候 会同步, 这个时候可能触发区块广播; 定时触发 10秒一次。

3\. 发送区块内容SendNewBlock

参照SendNewBlockHashes的处理流程。

4\. 发送区块头信息SendBlockHeaders

在通过握手后runPeer时,会运行protocol的run函数,接着调用startProtocols函数,进而进入NewProtocolManager的时候定义的Run,每一个SubProtocols都有一个Run。

这个run方法首先创建了一个peer对象,然后调用了handle方法来处理这个peer。注意,这里的peer区别于p2p中的peer,但是它包含p2p的peer。

在handle最后,循环调用handleMsg, 这个方法很长,主要是处理接收到各种消息之后的应对措施。

对于GetBlockHeadersMsg的消息处理,结果调用SendBlockHeaders返回给对端:

首先解码msg,解析出getBlockHeadersData结构体。

查找方式:

从Hash指定的开始朝创世区块移动,也就是反向移动。

从Hash指定的开始正向移动。

通过Number反向查找。

通过Number正向查找。

查找结果发给对端:

5\. 发送区块体信息SendBlockBodies

没有用到。

6\. RLP编码发送区块体信息SendBlockBodiesRLP

调用流程参考“4 发送区块头信息SendBlockHeaders”。

收到GetBlockBodiesMsg,解析msg信息,组织bodies并发送给对端。

7\. 发送节点信息SendNodeData

调用流程参考“4 发送区块头信息SendBlockHeaders”。

GetNodeDataMsg对应的协议版本要大于等于eth63.

8\. RLP编码发送节点信息SendReceiptsRLP

调用流程参考“4 发送区块头信息SendBlockHeaders”。

9\. 请求一个区块头RequestOneHeader

调用流程参考“4 发送区块头信息SendBlockHeaders”。

10\. 通过Hash请求区块头RequestHeadersByHash

首先,在协议初始化的时候,调用protocolManager.Start

之后启动syncer(), syncer中会定时的同BestPeer()来同步信息: 当有新的Peer增加的时候 会同步; 定时触发 10秒一次同步。

)

pm.synchronise会调用中 Downloader中的同步函数。
Synchronise试图和一个peer来同步,如果同步过程中遇到一些错误,那么会删除掉Peer。然后会被重试。

最后,在syncWithPeer中会启动几个fetcher
分别负责header,bodies,receipts处理。spawnSync给每个fetcher启动一个goroutine,
然后阻塞的等待fetcher出错。

在fetchHeight中,会发出RequestHeadersByHash请求。

fetchHeaders方法用来获取header。
然后根据获取的header去获取body和receipt等信息。fetchHeaders不断的重复这样的操作,发送header请求,等待所有的返回,直到完成所有的header请求。

11\. 通过Number请求区块头RequestHeadersByNumber

调用流程参考“10 通过Hash请求区块头RequestHeadersByHash”。

12\. 请求区块体RequestBodies

调用流程参考“10 通过Hash请求区块头RequestHeadersByHash”。

13\. 请求收据RequestReceipts

调用流程参考“10 通过Hash请求区块头RequestHeadersByHash”。

14\. 请求节点信息RequestNodeData

在创建Downloader的时候,会同时启动协程 startFetcher,进而启动runStateSync。

15\. 握手Handshake

head是当前的区块头,genesis是创世区块的信息,只有创世区块相同才能握手成功。如果接收到任何一个错误(发送,接收),或者是超时,那么就断开连接,握手失败。

readStatus,检查对端返回的各种情况。

感谢HPB团队整理。

在数据交互的过程中,协议的设计也至关重要。P2P网络通常依赖于一系列标准化的协议来确保数据的有效传输。例如,BitTorrent协议通过将大文件分割成多个小块,并允许多个用户同时下载不同的数据块,极大地提高了下载速度。与此同时,协议的灵活性也使得P2P网络能够适应不同的应用场景,如视频流媒体、在线游戏等。


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