比特币技术演示，比特币核心技术详解

1 P2P网络架构 比特币采用基于互联网的P2P（点对点）网络架构。 P2P是指同一网络中的每一台计算机都是平等的，所有节点共同提供网络服务，没有任何“特殊”节点。 每个网络节点都以“扁平”拓扑互连。 P2P 网络中没有服务器、中心化服务和层次结构。 P2P 节点之间相互作用和合作：每个节点对外提供服务，并使用网络中其他节点提供的服务。 因此 P2P 网络是可靠的、去中心化的和开放的。 早期的互联网是P2P网络架构的典型用例：IP网络中的所有节点都是完全平等的。 今天的因特网体系结构具有层次结构，但IP协议仍然保留着扁平的拓扑结构。 在比特币之外，P2P 技术最大和最成功的应用是在文件共享领域：Napster 是该领域的先驱，而 BitTorrent 是其架构的最新演变。

比特币采用的P2P网络架构，并不是选择拓扑那么简单。 比特币被设计成一个点对点的数字现金系统，其网络架构不仅是这一核心特征的体现，也是这一特征的基石。 去中心化控制是设计的核心原则，只有维护扁平化、去中心化的 P2P 共识网络才能实现。

“比特币网络”是根据比特币 P2P 协议运行的节点集合。 除了比特币 P2P 协议之外，比特币网络还包括其他协议。 例如，Stratum 协议用于挖矿和轻型或移动比特币钱包。 网关路由服务器提供这些协议，使用比特币P2P协议访问比特币网络比特币的核心技术是什么，并将网络扩展到所有运行其他协议的节点。 例如，Stratum 服务器通过 Stratum 协议将所有 Stratum 挖矿节点连接到比特币主网比特币的核心技术是什么，并将 Stratum 协议桥接到比特币 P2P 协议。 我们使用“扩展的比特币网络”来指代比特币P2P协议、矿池挖矿协议、stratum协议以及其他用于连接比特币系统各组件的相关协议的整体网络结构。

2 节点类型和分工 尽管比特币P2P 网络中的所有节点都是平等的，但每个节点可能根据提供的功能不同而有不同的分工。 每个比特币节点都是路由、区块链数据库、挖矿和钱包服务功能的集合。 一个完整的节点包括四个功能，如图6-1所示：

每个节点都参与整个网络的路由功能，还可能包含其他功能。 每个节点都参与验证和传播交易和区块信息，以及发现和维护与对等节点的连接。 在图 6-1 所示的全节点用例中，名为“网络路由节点”的橙色圆圈表示此路由功能。

一些节点维护着区块链的完整和最新的副本，这样的节点被称为“全节点”。 所有节点都可以在没有任何外部参考的情况下独立验证所有交易。 还有一些节点只维护部分区块链，它们通过一种称为“简单支付验证（SPV）”的方法完成交易验证。 这样的节点被称为“SPV 节点”和“轻量级节点”。 在上面显示的全节点用例中，名为“全区块链”的蓝色圆圈代表全节点区块链数据库功能。 在图 6-3 中，SPV 节点没有这个蓝色圆圈表示它们没有区块链的完整副本。

挖矿节点通过在特殊硬件设备上运行的工作量证明算法以竞争方式创建新块。 部分挖矿节点也是全节点，保存着区块链的完整副本； 矿池中部分参与挖矿的节点是轻量级节点，必须依赖矿池服务器维护的所有节点才能工作。 在全节点用例中，挖矿功能在图中用名为“Miner”的黑色圆圈表示。

用户的钱包也可以是完整节点的一部分，这在桌面比特币客户端中很常见。 目前越来越多的用户钱包是SPV节点，尤其是运行在智能手机等资源受限设备上的比特币钱包应用； 而且这种情况越来越普遍。 在图6-1中，名为“Wallet”的绿色圆圈代表钱包功能。

在比特币P2P协议中，除了这些主要类型的节点外，一些服务器和节点还运行着其他协议，如专用矿池挖矿协议、轻量级客户端接入协议等。

图 2 描绘了扩展比特币网络中最常见的节点类型。

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