使用 Async Rust 构建简单的 P2P 节点

使用 Async Rust 构建简单的 P2P 节点

P2P 简介

• P2P：peer-to-peer
  
• P2P 是一种网络技术，可以在不同的计算机之间共享各种计算资源，如 CPU、网络带宽和存储。
  
• P2P 是当今用户在线共享文件（如音乐、图像和其他数字媒体）的一种非常常用的方法。
  
  
  
  • Bittorrent 和 Gnutella 是流行的文件共享 p2p 应用程序的例子。以及比特币和以太坊等区块链网络。
    
  • 它们不依赖中央服务器或中介来连接多个客户端。
    
  • 最重要的是，它们利用用户的计算机作为客户端和服务器，从而将计算从中央服务器上卸载下来。
    
  
  
• 传统的分布式系统使用 Client-Server 范式来部署
  
• P2P 是另一种分布式系统
  
  
  
  • 在 P2P 中，一组节点（或对等点，Peer）彼此直接交互以共同提供公共服务，而无需中央协调器或管理员
    
  • P2P 系统中的每个节点（或 Peer）都可以充当客户端（从其他节点请求信息）和服务器（存储/检索数据并响应客户端请求执行必要的计算）。
    
  • P2P 网络中的所有节点不必完全相同，一个关键特征将 Client-Server 网络与 P2P 网络区分开来：缺乏具有唯一权限的专用服务器。在开放、无许可的 P2P 网络中，任何节点都可以决定提供与 P2P 节点相关的全部或部分服务集。
    
  
  

P2P 的特点

• 与 Client-Server 网络相比，P2P 网络能够在其上构建不同类别的应用程序，这些应用程序是无许可、容错和抗审查的。
  
  
  
  • 无许可：因为数据和状态是跨多个节点复制的，所以没有服务器可以切断客户机对信息的访问。
    
  • 容错性：因为没有单点故障，例如中央服务器。
    
  • 抗审查：如区块链等网络。
    
  • P2P 计算还可以更好地利用资源。
    
  
  

P2P 的复杂性

• 构建 P2P 系统要比传统 Client-Server 的系统复杂
  
  
  
  • 传输：P2P 网络中的每个 Peer 都可以使用不同的协议，例如HTTP(s)、TCP、UDP等。
    
  • 身份：每个 Peer 都需要知道其想要连接并发送消息的 Peer 的身份。
    
  • 安全性：每个 Peer 都应该能够以安全的方式与其他 Peer 通信，而不存在第三方拦截或修改消息的风险等。
    
  • 路由：每个 Peer 可以通过各种路由（例如数据包在 IP 协议中的分布方式）从其他 Peer 接收消息，这意味着如果消息不是针对自身的，则每个 Peer 都应该能够将消息路由到其他 Peer。
    
  • 消息传递：P2P 网络应该能够发送点对点消息或组消息（以发布/订阅模式）。
    
  
  

P2P 的要求 - 传输

• TCP/IP 和 UDP 协议无处不在，在编写网络应用程序时非常流行。但还有其他更高级别的协议，如 HTTP（TCP上分层）和 QUIC（UDP上分层）。
  
• P2P 网络中的每个 Peer 都应该能够启动到另一个节点的连接，并且由于网络中 peer 的多样性，能够通过多个协议监听传入的连接。
  

P2P 的要求 - Peer 身份

• 与 web 开发领域不同，在 web 开发领域中，服务器由唯一的域名标识（例如 www.rust-lang.org，然后使用域名服务将其解析为服务器的IP地址）
  
• P2P 网络中的节点需要唯一身份，以便其他节点可以访问它们。
  
• P2P 网络中的节点使用公钥和私钥对（非对称公钥加密）与其他节点建立通信。
  
  
  
  • P2P 网络中的节点的身份称为 PeerId，是节点公钥的加密散列。
    
  
  

P2P 的要求 - 安全

• 加密密钥对和 PeerId 使节点能够与它的 peers 建立安全、经过身份验证的通信通道。但这只是安全的一个方面。
  
• 节点还需要实现授权框架，该框架为哪个节点可以执行何种操作建立规则。
  
• 还有需要解决的网络级安全威胁，如 sybil 攻击（其中一个节点运营商利用不同身份启动大量节点，以获得网络中的优势地位）或 eclipse 攻击（其中一组恶意节点共谋以特定节点为目标，使后者无法到达任何合法节点）。
  

P2P 的要求 - Peer 路由

• P2P 网络中的节点首先需要找到其他 peer 才能进行通信。这是通过维护 peer 路由表来实现的，该表包含对网络中其他 peer 的引用。
  
• 但是，在具有数千个或更多动态变化的节点（即节点加入和离开网络）的 P2P 网络中，任何单个节点都难以为网络中的所有节点维护完整而准确的路由表。Peer 路由使节点能够将不是给自己准备的消息路由到目标节点。
  

P2P 的要求 - 消息

• P2P 网络中的节点可以向特定节点发送消息，但也可以参与广播消息协议。
  
  
  
  • 例如，发布/订阅，其中节点注册对特定主题的兴趣（订阅），发送该主题消息的任何节点（发布）都由订阅该主题的所有节点接收。这种技术通常用于将消息的内容传输到整个网络。
    
  
  

P2P 的要求 - 流多路复用

• 流多路复用（Stream multiplexing）是通过公共通信链路发送多个信息流的一种方法。
  
• 在 P2P 的情况下，它允许多个独立的“逻辑”流共享一个公共 P2P 传输层。
  
  
  
  • 当考虑到一个节点与不同 peers 具有多个通信流的可能性，或者两个远程节点之间也可能存在多个并发连接的可能性时，这一点变得很重要。
    
  • 流多路复用有助于优化 peer 之间建立连接的开销。
    
  
  

注意：多路复用在后端服务开发中很常见，其中客户端可以与服务器建立底层网络连接，然后通过底层网络连接多路复用不同的流（每个流具有唯一的端口号）。
Libp2p

• libp2p 是一个由协议、规范和库组成的模块化系统，它支持 P2P 应用程序的开发。
  
• 它目前支持三种语言：JS、Go、Rust
  
  
  
  • 未来将支持 Haskell、Java、Python等
    
  
  
• 它被许多流行的项目使用，例如：IPFS、Filecoin 和 Polkadot 等。
  

Libp2p 的主要模块

• 传输（Transport）：负责从一个 peer 到另一个 peer 的数据的实际传输和接收
  
• 身份（Identity）：libp2p 使用公钥密钥（PKI）作为 peer 节点身份的基础。使用加密算法为每个节点生成唯一的 peer id。
  
• 安全（Security）：节点使用其私钥对消息进行签名。节点之间的传输连接可以升级为安全的加密通道，以便远程 peer 可以相互信任，并且没有第三方可以拦截它们之间的通信。
  
• Peer 发现（Peer Discovery）：允许 peer 在 libp2p 网络中查找并相互通信。
  
• Peer 路由（Peer Routing）：使用其他 peer 的知识信息来实现与 peer 节点的通信。
  
• 内容发现（Content Discovery）：在不知道哪个 peer 节点拥有该内容的情况下，允许 peer 节点从其他 peer 节点获取部分内容。
  
• 消息（Messaging）：其中发布/订阅：允许向对某个主题感兴趣的一组 peer 发送消息。
  

P2P 节点的身份

P2P Node
PeerId: 12d3k.....
[code]~/rust via
免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！