以太坊文档翻译1-discv4

devP2P是以太坊的P2P实现库，包含两个模块：

• rlpx
• discv4

本文翻译自以太坊官方文档，原文请参考：
https://github.com/ethereum/devp2p/blob/d3f99e3fbcfeb17399e6e97ee738f89ea441b317/discv4.md

节点发现协议（discv4）

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节点发现协议（Node Discovery Protocol v4），包括：

• 发现 RLPx 节点并连接
• 基于UDP的RPC协议
• k桶（kademlia）结构
• 定义四种报文类型：ping, pong, findnode and neighbors

使用k桶来存储以太坊节点，因为k桶结构采用了一种短路径的拓扑图。

节点标识（Node Identities）

每个节点都有一个密码标识，使用椭圆曲线secp256k1算法生成的公钥，这个公钥作为节点的唯一标识，也叫node ID。

节点表（Node Table）

每个节点根据节点之间的距离，将邻居节点存储在一个由k-buckets（k桶）组成的路由表中，这个路由表就是节点表。
因为两个节点最大距离是256，所以节点表一共有256个k桶，每个桶中最多放k=16个节点。

终端证明（Endpoint Proof）

如果两个节点之间超过12h没有通讯，节点应该主动向对方节点发送ping来验证对方节点是否活跃，通过是否收到pong来得到一个终端证明。

递归查找（Recursive Lookup）

节点使用递归查找的方式来获取邻居节点。
开始时，查找发起节点从Node Table中提取α（比如3）个距离最closest节点，并发向这α个节点发送FindNode请求， 一次请求最多将返回k（比如16个）个距离发起节点最closest的节点。
收到Neighbors响应后，发起节点又从这些返回节点中抽取α个最closest节点（没有发送过请求的），重发FindNode请求，就这样递归下去（递归次数8次）。
在递归查找中，没有响应FindNode请求的节点，将会从Node Table删除。

报文协议（wire protocol）

发现节点协议使用udp发送数据包，并限定数据包最大大小为1280bytes。

• udp报文格式

packet = packet-header || packet-data

• 报文头部格式

packet-header = hash || signature || packet-type
hash = keccak256(signature || packet-type || packet-data)
signature = sign(packet-type || packet-data)

hash：摘要，用于标识对应的ping和pong包。
signature：签名，被编码成一个65bytes数组，包括（r，s，v）
packet-type：包类型，占1个字节，有四种类型Ping Packet (0x01)，Pong Packet (0x02)，FindNode Packet (0x03)，Neighbors Packet (0x04)；
packet-data：包数据，不同的packet-type数据不一样，统一被编码成rlp格式列表；

Ping Packet (0x01)

packet-data = [version, from, to, expiration]
version = 4
from = [sender-ip, sender-udp-port, sender-tcp-port]
to = [recipient-ip, recipient-udp-port, 0]

expiration：有效期，是一个unix时间戳，用于定义过期的ping报文不再处理；
节点接收到ping报文，应该向发送节点回复pong，同时，考虑将发送节点加入路由表。

Pong Packet (0x02)

packet-data = [to, ping-hash, expiration]

pong是对ping的应答。
ping-hash：与ping包的hash对应，如果节点从pong包找不到对应hash的ping包，将忽略pong包；

FindNode Packet (0x03)

packet-data = [target, expiration]

target：目标节点的公钥， 占65个字节。
FindNode包用于发送请求，查找最接近target的节点信息。
接收者收到FindNode后，应该从本地Node Table中找出距离目标节点最closest的16个节点，回复Neighbors包。
注意：为了防止流量放大攻击，接收者只对通过endpoint proof的节点回复Neighbors包。

Neighbors Packet (0x04)

packet-data = [nodes, expiration]
nodes = [[ip, udp-port, tcp-port, node-id], ... ]

Neighbors是 FindNode 的应答。

已知问题和实施建议

expiration：容易出错，依赖节点时钟的准确性。
endpoint proof：不精确，因为FindNode的发送节点永远无法确定接收节点是否收到“pong”响应。Geth处理如下：如果没有与接收人沟通发生超过12 h，先发送一个ping过去，然后等待接收节点发送ping过来，回复pong，然后发送FindNode。

疑问：

framed
framing 帧 组装 分段 框架
Multiplexing 多路复用