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使用 Rust 的区块链 - 6 点对点网络 (P2P)
imtoken苹果手机不能下载 2023-05-10 06:15:18
到目前为止，我们已经在一台机器上实现了区块链的几乎所有关键特性：随机生成的地址、安全性、持久性、工作证明、UTXO 交易。接下来我们将使用 rust-libp2p 库来实现区块链的 p2p 网络。
P2P 网络
P2P网络拓扑有很多种，有些是集中式拓扑，有些是半集中式拓扑，有些是全分布式拓扑。
区块链网络中的全节点是一个完全分布式的拓扑，即去中心化的端到端网络，其中节点与其他节点直接相连，其拓扑是扁平的。
SPV节点（简单支付验证节点），随机选择一个全节点进行连接，依靠这个全节点获取数据，更接近半中心化拓扑。
这里我们先实现全节点，然后逐步完善矿工节点和SPV节点，在本地网络中使用MDNS进行节点发现，使用Gossip协议进行消息传播。
数据结构
节点
Node节点的功能包括启动P2P网络节点的消息监听，处理来自命令行的命令消息和其他节点的请求消息。
pub struct Node {
bc: Blockchain,
utxos: UTXOSet,
msg_receiver: mpsc::UnboundedReceiver,
swarm: Swarm,
} 区块链行为
收到来自其他节点的请求消息
#[derive(NetworkBehaviour)]
#[behaviour(event_process = true)]
pub struct BlockchainBehaviour {
pub gossipsub: Gossipsub,
pub mdns: Mdns,
#[behaviour(ignore)]
pub msg_sender: mpsc::UnboundedSender,
} 命令行消息
#[derive(Debug, Serialize, Deserialize)]
pub enum Commands {
Genesis(String),
Blocks(String),
Sync(String),
CreateWallet(String),
GetAddress(String),
Trans {
from: String,
to: String,
amount: String,
},
}节点消息
#[derive(Debug, Serialize, Deserialize)]
pub enum Messages {
Version {
best_height: usize,
from_addr: String,
},
Blocks {
blocks: Vec,
height: usize,
to_addr: String,
},
Block {
block: Block,
}
}
消息处理
p>
命令行消息和节点消息都使用 serde_json 序列化。
创建区块链
Commands::Genesis(addr) => {
if self.bc.get_tip().is_empty() {
self.bc.create_genesis_block(addr.as_str());
self.utxos.reindex(&self.bc)?;
info!("Genesis block was created success!");
}else {
info!("Already exists blockchain, don't need genesis block!");
continue;
}
},同步块
处理命令行同步命令
async fn sync(&mut self) -> Result<()> {
let version = Messages::Version {
best_height: self.bc.get_height(),
from_addr: PEER_ID.to_string(),
};
let line = serde_json::to_vec(&version)?;
self.swarm.behaviour_mut().gossipsub
.publish(BLOCK_TOPIC.clone(), line).unwrap();
Ok(())
}节点接收到Version消息，如果本地区块链的高度大于其他节点，则将区块链信息发送给它。
async fn process_version_msg(&mut self, best_height: usize, from_addr: String) -> Result<()> {
if self.bc.get_height() > best_height {
let blocks = Messages::Blocks {
blocks: self.bc.get_blocks(),
height: self.bc.get_height(),
to_addr: from_addr,
};
let msg = serde_json::to_vec(&blocks)?;
self.swarm.behaviour_mut().gossipsub
.publish(BLOCK_TOPIC.clone(), msg).unwrap();
}
Ok(())
}节点收到区块链信息后，会同步到本地节点。
async fn process_blocks_msg(&mut self, blocks: Vec, to_addr: String, height: usize) -> Result<()> {
if PEER_ID.to_string() == to_addr && self.bc.get_height() < height {
for block in blocks {
self.bc.add_block(block)?;
}
self.utxos.reindex(&self.bc).unwrap();
}
Ok(())
} 创建交易并挖矿
由于是全节点，为简单起见，交易创建和挖矿合并在这里处理。
async fn mine_block(&mut self, from: &str, to: &str, amount: i32) -> Result<()> {
let tx = Transaction::new_utxo(from, to, amount, &self.utxos, &self.bc);
let txs = vec![tx];
let block = self.bc.mine_block(&txs);
self.utxos.reindex(&self.bc).unwrap();
let b = Messages::Block { block };
let line = serde_json::to_vec(&b)?;
self.swarm.behaviour_mut().gossipsub
.publish(BLOCK_TOPIC.clone(), line).unwrap();
Ok(())
}身份验证
启动第一个节点
RUST_LOG=info cargo run --quiet server data
Local peer id: PeerId("12D3KooWHn6sTgQU7bwKfPQHXi2oo4dDUEneoVFWtfur7bufXuZ7")
Listening on "/ip4/127.0.0.1/tcp/53664"执行命令后，可以看到节点已经启动，生成了唯一的节点ID比特币节点搭建，并在本地53664端口监听消息。
1、查看区块链信息
{"Blocks":""}
INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: tip:
INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: height: 0可以看到这个节点上没有区块链。
2、创建用户的钱包地址
{"CreateWallet":"justin"}
INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: justin's address is 1KooomKwhgPCfB2YfnKT7yMUxGcVWqS3ns地址已经创建，我们记录这个地址。
3、执行以下命令创建区块链
{"Genesis":"1KooomKwhgPCfB2YfnKT7yMUxGcVWqS3ns"}
INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: Genesis block was created success!区块链创建成功。
再看看
{"Blocks":""}
INFO blockchain_rust_part_6::blocks::blockchain: Block {
header: BlockHeader {
......
},
tranxs: [
Transaction {
id: "24cde4a1782d23fda6ec353959f9197450078a1d79126c82e83898d92015ec96",
vin: [
Txinput {
txid: "",
vout: 0,
signature: [],
pub_key: [],
},
],
vout: [
Txoutput {
value: 10,
pub_key_hash: [
......
],
},
],
},
],
hash: "00ca23fdb684b0ebf29eb344e2f9c1ee2ba8325aceba8a7474dbcb77549a2bc9",
}
INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: tip: 00ca23fdb684b0ebf29eb344e2f9c1ee2ba8325aceba8a7474dbcb77549a2bc9
INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: height: 1启动第二个节点
RUST_LOG=info cargo run --quiet server data1
PeerId("12D3KooWDknz5ScSw8Ye2ULheq3DHUexhRkH9z1y7N7a27XyWphs")
Listening on "/ip4/127.0.0.1/tcp/53891"第二个node节点启动成功比特币节点搭建，生成唯一的node ID，并在本地端口53891监听消息。
1、查看区块链信息
{"Blocks":""}
INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: tip:
INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: height: 0第二个节点上还没有区块链。
2、同步区块链
{"Sync":""}
INFO blockchain_rust_part_6::networks::behaviour: Got message with id: 37343836383930393039373131393933343631 from peer: PeerId("12D3KooWHn6sTgQU7bwKfPQHXi2oo4dDUEneoVFWtfur7bufXuZ7")从第一个节点：12D3KooWHn6sTgQU7bwKfPQHXi2oo4dDUEneoVFWtfur7bufXuZ7，同步区块链成功。
再次检查
{"Blocks":""}
Apr 19 14:00:53.136 INFO blockchain_rust_part_6::blocks::blockchain: Block {
header: BlockHeader {
......
},
tranxs: [
Transaction {
id: "24cde4a1782d23fda6ec353959f9197450078a1d79126c82e83898d92015ec96",
vin: [
Txinput {
txid: "",
vout: 0,
signature: [],
pub_key: [],
},
],
vout: [
Txoutput {
value: 10,
pub_key_hash: [
......
],
},
],
},
],
hash: "00ca23fdb684b0ebf29eb344e2f9c1ee2ba8325aceba8a7474dbcb77549a2bc9",
}
Apr 19 14:00:53.136 INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: tip: 00ca23fdb684b0ebf29eb344e2f9c1ee2ba8325aceba8a7474dbcb77549a2bc9
Apr 19 14:00:53.137 INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: height: 1与第一个节点的区块链一致。
启动第三个节点，步骤同第二个节点
创建交易
1、在第二个节点上创建一个用户的钱包地址
p>
{"CreateWallet":"Bob"}
INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: Bob's address is 1EuM1UEhJFTDR5UfWzfghzv82bCdwRWk9E2、在第一个节点上创建一个事务
贾斯汀向鲍勃发送 4 个单位的货币
{"Trans": {"from":"1KooomKwhgPCfB2YfnKT7yMUxGcVWqS3ns","to":"1EuM1UEhJFTDR5UfWzfghzv82bCdwRWk9E","amount":"4"}}3、查看所有节点的区块链信息
{"Blocks":""}
Apr 19 14:11:38.410 INFO blockchain_rust_part_6::blocks::blockchain: Block {
header: BlockHeader {
......
},
tranxs: [
Transaction {
id: "1578eda9b3ba5f5be584ddb65389ac5172befa1ba50cf03a90fcdafdb5ce4bea",
vin: [
Txinput {
txid: "24cde4a1782d23fda6ec353959f9197450078a1d79126c82e83898d92015ec96",
vout: 0,
signature: [
......
],
pub_key: [
......
],
},
],
vout: [
Txoutput {
value: 4,
pub_key_hash: [
......
],
},
Txoutput {
value: 6,
pub_key_hash: [
......
],
},
],
},
],
hash: "0056d99918490fd8d650d247722234c1d17f18d9073a39d2eacb16550d9737df",
}
Apr 19 14:11:38.411 INFO blockchain_rust_part_6::blocks::blockchain: Block {
header: BlockHeader {
......
},
tranxs: [
Transaction {
id: "24cde4a1782d23fda6ec353959f9197450078a1d79126c82e83898d92015ec96",
vin: [
Txinput {
txid: "",
vout: 0,
signature: [],
pub_key: [],
},
],
vout: [
Txoutput {
value: 10,
pub_key_hash: [
......
],
},
],
},
],
hash: "00ca23fdb684b0ebf29eb344e2f9c1ee2ba8325aceba8a7474dbcb77549a2bc9",
}
INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: tip: 0056d99918490fd8d650d247722234c1d17f18d9073a39d2eacb16550d9737df
INFO blockchain_rust_part_6::networks::node: height: 2所有节点都有同步的区块信息。
项目结构
完整代码：
