6.比特币网络 - 精通比特币笔记

P2P网络架构

比特币采用P2P网络架构，P2P网络中的每个节点是平等的，不存在任何特殊的节点。

节点类型及分工

尽管比特币P2P网络中的节点互相对等，但根据功能不同，节点也有不同的分工。每个比特币节点都是路由、区块链数据库、挖矿、钱包服务的功能集合。

全节点

一个全节点就包含上述4个功能，并且全节点的区块链数据库包含完整的区块链数据，没有经过简化。在新全节点启动时，只包含內建的创世块，需要从其它节点同步区块数据，同步过程并非全靠一个节点提供，新节点会分批请求区块数据。例如先同步前500个，再后面500个区块数据，防止节点压力太大。

SPV节点

SPV节点中只保留区块链的一部分数据，保证可以完成交易验证即可。SPV节点又叫做“轻量级节点”。SPV节点只需要下载区块头，而不用下载包含在区块中的交易信息。SPV节点通过Bloom过滤器来过滤信息。Bloom通过概率性的数据结构来匹配用户需要的信息，需要过滤的关键词越多，匹配精确度越低。

独立矿工节点

独立矿工节点包含完整区块链数据，路由及矿工功能，即运行POW算法的模块。

单纯的完整节点

单纯的完整节点只包含完整的区块链数据和路由功能，不包含钱包及矿工功能。

挖矿节点

包含Stratum协议或者Pool以及矿工功能。这种节点并不包含区块链数据，区块链数据由Stratum服务器或者矿池来提供。

扩展比特币网络

比特币网络中大概有7000 ~ 10000个运行着比特币核心(Bitcoin Core)以及其余运行着比特币各类P2P协议(BitconJ,Libbitcoin,btcd等)的节点，矿池等构成，不断的扩充着比特币的网络

网络发现

当新的节点启动后，它必须发现网络中的其它比特币节点，这个发现过程可以是随机选择节点连接，也可以连接到指定节点(在启动节点时指定IP，节点会自动连接指定节点）。节点默认采用TCP8333端口与其它节点连接。
虽然说比特币网络中没有特殊节点，但是客户端会维护一个列表，这个列表列出了长期稳定运行的节点，这些节点成为“种子节点”。新节点并不一定要链接到种子节点，但是连接到种子节点的好处是可以通过种子节点快速发现网络中的其它节点。在比特币核心客户端中，通过'''- dnsseed'''控制，默认为1，也就是使用种子节点。

交易池

比特币网络中几乎每个节点都维护着一个未确认交易的临时列表，被称为交易池，交易池在本地节点内存中。节点利用这个池来记录被网络知晓，但还没有被包含到区块里的交易。一笔交易到达节点时，会被接收和验证，然后被添加到交易池中，并通知相邻的节点。
有些节点的实现(另一些比特币客户端)还维护者一个单独的孤立交易池。如果一个交易的输入还没有到达，那这笔交易就不能被验证，那它首先会被加入到孤立交易池中。当节点收到一笔交易时，会先验证孤立交易池中有没有交易依赖刚到达的这笔交易，如果有依赖，那么会从孤立交易池中取出这笔交易，放在交易池中，使得之前那笔不完整的交易变得完整，从而可以验证和确认，如果交易有多笔依赖，那么节点会重复上面的过程，直到交易完整。
还有一些节点可能维护着一个UTXO数据库，是区块链中所有未支付交易输出的集合。UTXO数据库是网络同步的，不同节点的UTXO数据库大致相同，因为UTXO是实实在在的交易输出，存在于区块链中，而交易池是本地内存中的，未被加入区块的交易。

警告消息

比特币系统中存在一种消息，叫做警告消息，比特币开发者借此功能发送给所有比特币节点紧急通知，以提示节点采取措施解决某些严重问题。这个功能较少使用，到今天也只被使用过几次。