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以太坊rlpx

发布时间:2024-04-06 23:04:21

以太坊源码分析--p2p节点发现

节点发现功能主要涉及 Server Table udp 这几个数据结构,它们有独自的事件响应循环,节点发现功能便是它们互相协作完成的。其中,每个以太坊客户端启动后都会在本地运行一个 Server ,并将网络拓扑中相邻的节点视为 Node ,而 Table Node 的容器, udp 则是负责维持底层的连接。下面重点描述它们中重要的字段和事件循环处理的关键部分。

PrivateKey - 本节点的私钥,用于与其他节点建立时的握手协商
Protocols - 支持的所有上层协议
StaticNodes - 预设的静态 Peer ,节点启动时会首先去向它们发起连接,建立邻居关系
newTransport - 下层传输层实现,定义握手过程中的数据加密解密方式,默认的传输层实现是用 newRLPX() 创建的 rlpx ,这不是本文的重点
ntab - 典型实现是 Table ,所有 peer Node 的形式存放在 Table
ourHandshake - 与其他节点建立连接时的握手信息,包含本地节点的版本号以及支持的上层协议
addpeer - 连接握手完成后,连接过程通过这个通道通知 Server

Server 的监听循环,启动底层监听socket,当收到连接请求时,Accept后调用 setupConn() 开始连接建立过程

Server的主要事件处理和功能实现循环

Node 唯一表示网络上的一个节点

IP - IP地址
UDP/TCP - 连接使用的UDP/TCP端口号
ID - 以太坊网络中唯一标识一个节点,本质上是一个椭圆曲线公钥(PublicKey),与 Server 的 PrivateKey 对应。一个节点的IP地址不一定是固定的,但ID是唯一的。
sha - 用于节点间的距离计算

Table 主要用来管理与本节点与其他节点的连接的建立更新删除

bucket - 所有 peer 按与本节点的距离远近放在不同的桶(bucket)中,详见之后的 节点维护
refreshReq - 更新 Table 请求通道

Table 的主要事件循环,主要负责控制 refresh revalidate 过程。
refresh.C - 定时(30s)启动Peer刷新过程的定时器
refreshReq - 接收其他线程投递到 Table 的 刷新Peer连接 的通知,当收到该通知时启动更新,详见之后的 更新邻居关系
revalidate.C - 定时重新检查以连接节点的有效性的定时器,详见之后的 探活检测

udp 负责节点间通信的底层消息控制,是 Table 运行的 Kademlia 协议的底层组件

conn - 底层监听端口的连接
addpending - udp 用来接收 pending 的channel。使用场景为:当我们向其他节点发送数据包后(packet)后可能会期待收到它的回复,pending用来记录一次这种还没有到来的回复。举个例子,当我们发送ping包时,总是期待对方回复pong包。这时就可以将构造一个pending结构,其中包含期待接收的pong包的信息以及对应的callback函数,将这个pengding投递到udp的这个channel。 udp 在收到匹配的pong后,执行预设的callback。
gotreply - udp 用来接收其他节点回复的通道,配合上面的addpending,收到回复后,遍历已有的pending链表,看是否有匹配的pending。
Table - 和 Server 中的ntab是同一个 Table

udp 的处理循环,负责控制消息的向上递交和收发控制

udp 的底层接受数据包循环,负责接收其他节点的 packet

以太坊使用 Kademlia 分布式路由存储协议来进行网络拓扑维护,了解该协议建议先阅读 易懂分布式 。更权威的资料可以查看 wiki 。总的来说该协议:

源码中由 Table 结构保存所有 bucket bucket 结构如下

节点可以在 entries replacements 互相转化,一个 entries 节点如果 Validate 失败,那么它会被原本将一个原本在 replacements 数组的节点替换。

有效性检测就是利用 ping 消息进行探活操作。 Table.loop() 启动了一个定时器(0~10s),定期随机选择一个bucket,向其 entries 中末尾的节点发送 ping 消息,如果对方回应了 pong ,则探活成功。

Table.loop() 会定期(定时器超时)或不定期(收到refreshReq)地进行更新邻居关系(发现新邻居),两者都调用 doRefresh() 方法,该方法对在网络上查找离自身和三个随机节点最近的若干个节点。

Table 的 lookup() 方法用来实现节点查找目标节点,它的实现就是 Kademlia 协议,通过节点间的接力,一步一步接近目标。

当一个节点启动后,它会首先向配置的静态节点发起连接,发起连接的过程称为 Dial ,源码中通过创建 dialTask 跟踪这个过程

dialTask表示一次向其他节点主动发起连接的任务

在 Server 启动时,会调用 newDialState() 根据预配置的 StaticNodes 初始化一批 dialTask , 并在 Server.run() 方法中,启动这些这些任务。

Dial 过程需要知道目标节点( dest )的IP地址,如果不知道的话,就要先使用 recolve() 解析出目标的IP地址,怎么解析?就是先要用借助 Kademlia 协议在网络中查找目标节点。

当得到目标节点的IP后,下一步便是建立连接,这是通过 dialTask.dial() 建立连接

连接建立的握手过程分为两个阶段,在在 SetupConn() 中实现
第一阶段为 ECDH密钥建立 :

第二阶段为协议握手,互相交换支持的上层协议

如果两次握手都通过,dialTask将向 Server 的 addpeer 通道发送 peer 的信息

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