區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù) 課件 5.2P2P網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)

P2P網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)P2P網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)1.分布式哈希表2.Kademlia協(xié)議3.Gossip協(xié)議分布式哈希表分布式哈希表的基礎(chǔ)：

常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——哈希表哈希表存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有鍵（key）和值（velue）兩部分：它通過計(jì)算一個(gè)關(guān)于鍵值的函數(shù)，將所需查詢的數(shù)據(jù)映射到表中一個(gè)位置來訪問記錄。給定表M，存在函數(shù)f(key)，對(duì)任意給定的關(guān)鍵字值key，代入函數(shù)后若能得到包含該關(guān)鍵字的記錄在表中的地址，則稱表M為哈希（Hash）表，函數(shù)f(key)為哈希(Hash)函數(shù)。如這個(gè)圖所示，鍵為人名，值為buckets中的電話號(hào)碼，bucket可以看作一個(gè)長度為16的數(shù)組。人名通過哈希函數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字，數(shù)字作為buckets數(shù)組的下標(biāo)。分布式哈希表：存儲(chǔ)的鍵值對(duì)數(shù)據(jù)并不僅僅存在于一臺(tái)電腦中，而是分布在不同的節(jié)點(diǎn)（電腦）中。分布式哈希表有三個(gè)特性：（1）離散性：構(gòu)成系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)并沒有任何中央式的協(xié)調(diào)機(jī)制，做到了完全的去中心化。（2）伸縮性：即使有成千上萬個(gè)節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)仍然十分有效。加入的節(jié)點(diǎn)越多，網(wǎng)絡(luò)可以提供的服務(wù)能力越強(qiáng)。（3）容錯(cuò)性：即使節(jié)點(diǎn)不斷地加入、離開或是停止工作，系統(tǒng)仍能達(dá)到一定的可靠性。Kademlia協(xié)議相比于分布式哈希表協(xié)議，Kademlia協(xié)議采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、路由方式實(shí)現(xiàn)起來足夠靈活、具有比較好的性能并且安全性也較強(qiáng)。綜合起來在各種哈希表實(shí)現(xiàn)中具有很強(qiáng)的競爭力，成了分布式哈希表中被采用最多的技術(shù)。1.如何衡量兩個(gè)ID是否接近（Kademlia的距離衡量機(jī)制）Kademlia協(xié)議中采用了異或算法（XOR）作為距離算法來衡量兩個(gè)ID的遠(yuǎn)近。比較兩個(gè)ID時(shí)，首先把字符串的哈希值變?yōu)槎M(jìn)制表示。這里假設(shè)節(jié)點(diǎn)A的ID二進(jìn)制表示為01010101，節(jié)點(diǎn)B的ID二進(jìn)制表示為01000000，將兩個(gè)ID進(jìn)行異或運(yùn)算（對(duì)應(yīng)位置的0、1進(jìn)行異或），結(jié)果為00010101，轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制為25。也就是說這兩個(gè)ID的距離用十進(jìn)制表示為25。2.如何根據(jù)文件的哈希值得到文件存儲(chǔ)位置信息（kademlia的路由機(jī)制）理解路由機(jī)制，可以從Kademlia中k-bucket（k-桶）出發(fā)。k-桶是Kademlia論文中提出的一個(gè)概念，一個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)有多個(gè)k-桶，不同k-桶

的區(qū)別在于離這個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離不同，每個(gè)k-桶

中存放了離節(jié)點(diǎn)在某個(gè)距離范圍內(nèi)的其他已知節(jié)點(diǎn)。Kademlia協(xié)議建立在上述K-桶之上，可以發(fā)起四種消息請(qǐng)求。（1）PING：用來測(cè)試節(jié)點(diǎn)是否依然在線。（2）STORE：在某個(gè)節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)一個(gè)鍵值對(duì)。（3）FIND_NODE：消息請(qǐng)求的接受者將返回自己K桶中離請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)的ID最近的K個(gè)節(jié)點(diǎn)。（4）FIND_VALUE：根據(jù)文件資源的KEY查找一個(gè)數(shù)據(jù)和FIND_NODE類似，如果請(qǐng)求接收著擁有KEY對(duì)應(yīng)的文件資源則返回?cái)?shù)據(jù)。Gossip協(xié)議 1、在HyperledgerFabric中，節(jié)點(diǎn)間同步數(shù)據(jù)采用的是Gossip協(xié)議，當(dāng)節(jié)點(diǎn)因?yàn)楫惓Ｈ鄙儋~本數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過Gossip協(xié)議從鄰近的節(jié)點(diǎn)獲得賬本數(shù)據(jù)，保證集群中節(jié)點(diǎn)賬本的一致性。 2、Gossip是一種去中心化思路的分布式協(xié)議，解決集群中的數(shù)據(jù)傳播和狀態(tài)一致性的問題。（1）協(xié)議流程

節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)K發(fā)送數(shù)據(jù)有三種方式：1、push模式：

節(jié)點(diǎn)A將數(shù)據(jù)（key，version，value）推送給K，K更新version比自己新的數(shù)據(jù)。2、pull模式：

節(jié)點(diǎn)A將數(shù)據(jù)（key，version）推送給K，K將本地version比A新的數(shù)據(jù)推送給A。3、push/pull模式：

先采用push模式更新K，然后采用pull模式更新A。（2）Gossip缺陷

由于Gossip協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)只會(huì)隨機(jī)向少數(shù)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息，消息最終是通過多個(gè)輪次的散播而到達(dá)全網(wǎng)的，因此使用Gossip協(xié)議會(huì)造成不可避免的消息延遲。不適合用在對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)景。

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