第2章 P2P网络
2.1 P2P网络的概念
P2P （ Peer-to-Peer ）网络即点对点网络，是无中心服务器、依靠用户群（Peers）交换信息的互联网体系（图2-1），是分布式网络的一种。通常而言，该网络中各个节点之间的地位是对等的。与有中心服务器的中央网络 C/S 系统（Client-Server）（图2-1）不同，点对点网络的每个节点既是客户端，也是服务器。节点之间依靠相互间的连接进行信息交流，各节点共享它们所拥有的资源（如磁盘存储空间、网络带宽、处理器使用率等）来提供服务和内容。因此，当新节点加入网络时，整个系统的容量也相应增大。
图2-1 C/S网络模式和P2P网络模式
与 C/S 网络模式相比，P2P 网络尤其适用于共享文件：在 C/S 结构中，资源存储在一个中心服务器里，在固定的带宽下，请求下载的用户越多，平均下来每个用户的数据传输越慢。而对 P2P 网络而言，许多节点存储着同一份文件的副本，当有人需要下载它时，可以同时从多个节点进行下载，而自己已下载的文件，也可同时上传给其他正在下载的节点，因此网络越大，速度越快。P2P 网络充分利用了网络中其他对等节点的带宽，而不只是利用文件来源节点的带宽。
在共享文件方面的成功，使 P2P 网络广受欢迎，但是由于大部分共享的文件是流行音乐和电影，侵权的问题也使 P2P 网络饱受诟病。在一个典型的 P2P网络中，数据可以随意复制，副本可以任意保存。但是资产显然是不可以随意复制、存在多个副本的。中本聪创建的比特币项目，保留了 P2P 网络的“分布式”特征，也解决了资产在 P2P 网络中转移的问题：资产在不同的地址之间流动，而不是简单“复制”；矿工在交易信息的过程中，将核实资产的去向。以下将对比特币的 P2P 网络进行具体说明，这一模式或可对使用区块链技术解决版权保护等问题提供启发。
2.2 比特币中的P2P网络
在比特币网络中，每个节点可随机连接到其他节点，节点也可随时加入网络或离开网络。整个网络的节点总数是不确定的。各个节点在进行信息更新时，它们并不是实时一致的，而是只需在一定时间内达到一致。也就是说，部分节点的退出或崩溃，并不会带来整个网络的瘫痪；用户的加入和退出并不会对整体网络产生太大影响。
节点与节点之间的信息交换，主要以交易广播的方式体现。交易广播通过泛洪（flooding）的方式来实现。具体来说，节点发起一个交易的时候，会将这笔交易的信息告知所有相邻节点，相邻节点将根据存储的历史交易信息校验这笔交易是否可以进行，如果校验通过，这一交易信息会继续接力传播给下一批相邻节点。交易信息会像涟漪一样在节点群里扩散、传播开来。当节点接收到的交易信息与该节点交易池的信息重合，即表明这一信息已经传播一次，这才终止广播。由于每个交易有独一无二的哈希值，通过哈希值查询交易信息是否重复非常方便。
需注意的是，在 P2P 网络中，由于带宽等原因，信息的传递往往是有延迟的。因此不同节点的交易池内容略有不同。如果有人发起双重支付攻击，并且两笔支付到达了同一个节点，诚实的节点将会仅保留一个交易，另一个不再广播，最终网络中不同的节点可能在短时间内存在记录不同交易的分歧，但是没关系，随着时间的推移，共识机制保证了最终只会记录一笔交易，使得双重支付攻击无法成立。
简要而言，比特币项目在 P2P 网络中建立起一个现金支付系统，主要依靠以下因素：节点之间地位对等；交易信息在节点间以泛洪的方式传播；节点检查交易是否成立；由共识机制确定合法的交易信息。
2.3 P2P网络的局限性与权衡
P2P 网络的优势如容错、可扩展的传输速度、数据安全性等，但在区块链项目中，这是以低交易处理能力为代价的。目前如火如荼的公链竞争中，许多项目都在交易处理能力上大显身手（例如宣称“每秒可处理过万笔交易”等），也从侧面表明了这是现有区块链技术尚待解决的问题。事实上，随着越来越多的节点被添加到其网络中，信息在节点间的传输延迟逐渐积累，信息传播至全网络所需的时间越来越长。因此，P2P 网络项目均需在低交易吞吐量和中心化之间进行权衡。当设置少部分“超级节点”进行交易信息的校核时，可提高交易信息的处理效率，但同时也使得网络变得中心化。在一个所有节点的地位都相同的网络中，所有节点都进行了交易的校验，将造成一定程度的重复劳动与资源浪费。
区块链技术令人兴奋，与其去中心化的特点有很大关联，而去中心化很大程度上是由 P2P 网络作为基础的。P2P 网络是一个非常均衡的构想，然而也需要付出一定的资源作为代价。在均衡的网络与提高工作效率之间，尚需进行取舍。建立一个高效率的点对点网络，还需要我们共同在通信技术上继续进步。