一文了解比特币的网络

比特币的网络基础

比特币使用了P2P网络架构，“比特币网络”是按照比特币P2P协议运行的一系列节点的集合。除此之外比特币网络中还有其他协议：

Stratum协议：一个扩展网络的桥接协议，可以将其他网络作为一个节点连入比特币网络中。应用于挖矿、以及轻量级或移动端比特币钱包之中。矿池挖矿协议：这个协议有很多种，主要用来把多个矿机算力聚合起来成为一个矿池，整个矿池作为一个节点进行挖矿，而不是每一台矿机都配备上钱包和硬盘存储（下一周介绍）。

P2P概念

指位于同一网络中的每台计算机都彼此对等，各个节点共同提供网络服务，不存在任何“特殊”节点。每个网络节点以“扁平(flat)”的拓扑结构相互连通，节点之间交互运作、协同处理；在对外提供服务的同时也使用网络中其他节点所提供的服务。具有可靠性、去中心化，以及开放性。

比特币网络中的节点

角色功能的介绍

比特币中虽然各个节点都是平等的，但是根据所提供的功能不同，各节点可能具有不同的角色，可以分出四大功能：

路由：参与比特币全网络，发现其他节点并维持数据通讯，对交易信息的验证（不是确认）与传播，同时也可能包含其他功能。这是所有都节点必须具备的。区块链数据库：保存由一份完整的、最新的区块链账本信息的拷贝，这可能会占用上百GB的硬盘，有这个功能的节电池成为全节点，没有的称为轻节点（又称为“SPV节点”）。挖矿：用计算硬件运行工作量证明pow算法，以相互竞争的方式对交易进行确认，并创建新的区块，同时获得新增比特币的奖励。钱包：使用钱包方便快捷的管理你的比特币。

比特币网络中常见的节点类型

比特币网络中的节点都是由以上四种功能相互组合出的，除了必须具备路由功能进行传递信息外，其他三种功能都可以儿根据不同的应用场景进行自由的组合。

各种角色组成了比特币网络

运行比特币P2P协议的比特币主网络，由不到5000个运行着比特币核心客户端、储存了全部区块链数据的监听节点，以及几百个运行着各类比特币P2P协议的应用（例如Bitcoin Classic, Bitcoin Unlimited）的节点，以及成千上万个只保存了部分区块链的数据的轻钱包节点共同组成。

其中那几百个应用节点，是指建立在比特币上的应用，这个应用内部可能存在一个上万节点的网络，但是连入比特币网络是只显示一个，也就是围绕一个比特币网络中的边缘路由器来建立应用、搭建其他服务，例如交易所、钱包、区块浏览器、矿池等。这是比特币的网络扩展能力。

如何成为一个节点

安装好比特币的客户端。客户端查找最近一个比特币的路由服务器，获取现有比特币节点的IP地址。根据IP地址找到这个节点，发送自己客户端的版本号。如果你的客户端可以兼容系统就会建立通讯，再发送自己的IP地址等信息。已有的节点会把你添加到“通讯录”中，并把自己的的”通讯录“发送给你，现在你知道了其他节点的IP，可以随便访问。如果你要成为一个全节点，向其他全节点申请，就会把完整的区块链数据全部传输给你。SPV节点（轻节点）

并不是所有的节点都有能力储存完整的区块链。许多比特币客户端被设计成运行在空间和功率受限的设备上，如智能手机、平板电脑、嵌入式系统等。通过简化的支付验证（SPV）的方式可以使它们在不必存储完整区块链的情况下进行工作。这种类型的客端被称为SPV客户端或轻量级客户端。

与需要下载一个区块全部账本数据的全节点不同，SPV节点只需下载一个区块头部的部分数据，而不用下载包含在每个区块中的交易信息，同时只保存上与自己相关的交易信息。由此产生的不含交易信息的区块链，大小只有完整区块链的1/1000，却可以做到足够的安全。

SPV：简单支付验证

通过对全节点的交易验证方式进行对比可以更好的理解：全节点：构造一条验证链，这条链是由沿着区块链按时间倒序一直追溯上去的，直到这一枚比特币挖出来的那个区块，有数个交易组成。

例如：一个全节点要检查高度300,000的区块中的某个交易，它会把从该区块开始一直回溯到创世区块的300,000个区块中的交易全部都链接起来，并建立一个完整的UTXO数据库，通过确认该UTXO是否还未被支付、够不够，来证实交易的有效性。

SPV节点：验证所有区块之间的链，但不会对所有的交易进行溯源，只是把区块链中仅仅与目前交易有关的过往交易链接起来。例如：SPV节点在验证UTXO时，只要知道在这笔交易中，将要用于“支付”的那笔UTXO是否已经在之前的区块里被验证通过，就可以了，别人的事情我们不用操心。如你你想验证一个其他交易，只需要向比特币网络中的全节点寻求验证，全节点就会把相应区块上的交易信息全部发给你，就就可以拿去验证了。

在绝大多数的实际情况中，具有良好连接的SPV节点是足够安全的，它在资源需求、实用性和安全性之间维持恰当的平衡。

内存池或交易池：几乎每个节点都会维护的一份未确认交易的临时列表，用以追踪记录那些被网络所知晓、但还未被区块链所包含的交易。

UTXO池：有些比特币客户端维护的一个UTXO数据库，是区块链中所有未支付交易输出的集合——表现为余额。