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什么是区块链对等计算网络?

什么是区块链对等计算网络? 数组智控产业发展科技院
2022-03-14
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导读:点对点网络(peer-to-peer, 简称P2P),又称对等式网络,是无中心服务器、依靠用户群(peers


点对点网络(peer-to-peer, 简称P2P),又称对等式网络,是无中心服务器、依靠用户群(peers)交换信息的互联网体系,它的作用在于,减低以往网路传输中的节点,以降低资料遗失的风险。


与有中心服务器的中央网络系统不同,对等网络的每个用户端既是一个节点,也有服务器的功能,任何一个节点无法直接找到其他节点,必须依靠其户群进行信息交流。


1.传统网络C/S模式


传统的网络服务架构大部分是客户端/服务端(client/server, C/S)架构,即通过一个中心化的服务端节点,对许多个申请服务的客户端进行应答和服务。


C/S架构也称为主从式架构,其中服务端是整个网络服务的核心,客户端之间通信需要依赖服务端的协助。


例如当前流行的即时通信(Instant Message, IM)应用大多采用C/S架构:


手机端APP仅被作为一个客户端使用,它们之间相互间收发消息需要依赖中心服务器。


也就是说,在手机客户端之间进行消息收发时,手机客户端会先将消息发给中心服务器,再由中心服务器转发给接收方手机客户端。


C/S架构的优势非常明显且自然:


单个的服务端能够保持一致的服务形式,方便对服务进行维护和升级,同时也便于管理。然而,C/S架构也存在很多缺陷。


首先,由于C/S架构只有单一的服务端,因此当服务节点发生故障时,整个服务都会陷入瘫痪。


另外,单个服务端节点的处理能力是有限的,因此中心服务节点的性能往往成为整体网络的瓶颈。


根据中央化程度点对点网络分类


1、纯P2P


节点同时作为客户端和服务器端。没有中心服务器。没有中心路由器。如Gnutella


2、杂P2P


有一个中心服务器保存节点的信息并对请求这些信息的要求做出响应。节点负责发布这些信息(因为中心服务器并不保存文件),让中心服务器知道它们想共享什么文件,让需要它的节点下载其可共享的资源。路由终端使用地址,通过被一组索引引用来获取绝对地址。如最原始的Napster


3、混合P2P


同时含有纯P2P和杂P2P的特点。如Skype


根据网路拓扑结构分类


1、结构P2P


点对点之间互有连结资讯,彼此形成特定规则拓扑结构。需要请求某资源时,依该拓扑结构规则寻找,若存在则一定找得到。如Chord、YaCyKademlia


2、无结构P2P


点对点之间互有连结资讯,彼此形成无规则网状拓扑结构。需要请求某资源节点时,以广播方式寻找,通常会设TTL,即使存在也不一定找得到。如Gnutella


3、松散结构P2P


点对点之间互有连结资讯,彼此形成无规则网状拓扑结构。需要请求某资源时,依现有资讯推测寻找,介于结构P2P和无结构P2P之间。如Freenet。


对等计算机网络


对等计算机网络(Peer-to-Peer Networking,P2P网络),是一种消除了中心化的服务节点,将所有的网络参与者视为对等者(Peer),并在他们之间进行任务和工作负载分配。


点对点结构打破了传统的C/S模式,去除了中心服务器,是一种依靠用户群共同维护的网络结构。


由于节点间的数据传输不再依赖中心服务节点,点对点网络具有极强的可靠性,任何单一或者少量节点故障都不会影响整个网络正常运转。


同时,点对点网络的网络容量没有上限,因为随着节点数量的增加,整个网络的资源也在同步增加。


由于每个节点可以从任意(有能力的)节点处得到服务,同时由于点对点网络中暗含的激励机制也会尽力向其他节点提供服务,因此,实际上点对点网络中节点数目越多,点对点网络提供的服务质量就越高。


总的来说,虽然C/S架构应用非常成熟,但是这种存在中心服务节点的特性,显然不符合区块链去中心化的需求。


同时,在区块链系统中,要求所有节点共同维护账本数据,即每笔交易都需要发送给网络中的所有节点。


如果按照传统的C/S这种依赖中心服务节点的模式,中心节点需要大量交易信息转发给所有节点,这几乎是不可能完成的任务。


点对点网络的这些设计思想则同区块链的理念完美契合。


在区块链中,所有交易及区块的传播并不要求发送者将消息发送给所有节点。


节点只需要将消息发送给一定数量的相邻节点即可,其他节点收到消息后,会按照一定的规则转发给自己的相邻节点。


最终通过一传十、十传百的方式,最终将消息发送给所有节点。


以传统的银行系统为例。传统银行系统均采用C/S网络架构,即以银行服务器为中心节点,各个网点、ATM为客户端。


当我们需要发起转账时,首先提供银行卡、密码等信息证明身份,然后生成一笔转账交易,发送到中心服务器后,由中心服务器校验余额是否充足等信息,然后记录到中心服务器,即可完成一笔转账交易。


而在区块链网络中,并不存在一个中心节点来校验并记录交易信息,校验和记录工作有网络中的所有节点共同完成。


当一个节点需要发起转账时,需要指明转账目的地址、转账金额等信息,同时还需要对该笔交易进行签名。


由于不存在中心服务器,该交易会随机发送到网络中的邻近节点,邻近节点收到交易消息后,对交易进行签名,确认身份合法性后,再校验余额是否充足等信息。


均校验完成后,它则会将该消息转发至自己的邻近节点。


以此重复,直至网络中所有节点均收到该交易。


最后,矿工获得记账权后,则会将该交易打包至区块,然后再广播至整个网络。


区块广播过程同交易的广播过程,仍然使用一传十、十传百的方式完成。


收到区块的节点完成区块内容验证后,即会将该区块永久地保存在本地,即交易生效。


P2P网络的特点


P2P网络的一个重要的目标就是让所有的客户端都能提供资源,包括带宽,存储空间和计算能力。


因此,当有节点加入且对系统请求增多,整个系统的容量也增大。


这是具有一组固定服务器的Client-Server结构不能实现的,因为在上述这种结构中,客户端的增加意味着所有用户更慢的数据传输。


P2P网络的分布特性通过在多节点上复制数据,也增加了防故障的健壮性,并且在纯P2P网络中,节点不需要依靠一个中心索引服务器来发现数据。


在后一种情况下,系统也不会出现单点崩溃。


当用P2P来描述Napster 网络时,对等协议被认为是重要的,但是,实际中,Napster 网络获取的成就是对等节点(就像网络的末枝)联合一个中心索引来实现。


这可以使它能快速并且高效的定位可用的内容。对等协议只是一种通用的方法来实现这一点。


优点


  • 拥有较佳的并行处理能力。

  • 运用内存来管理交换资料,大幅度提高性能。

  • 不用投资大量金钱在服务器的软,硬体设备。

  • 适用于小规模的网路,维护容易。


缺点


  • 架设较为复杂,除了要有开发服务器端,还要有专用的客户端。

  • 用在大规模的网路,资源分享紊乱,管理较难,安全性较低。



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