内容简介:每一条
前言
Whisper
是以太坊中一项非常有趣的技术,它是一个基于身份的通信系统,被设计用于Dapp之间少量数据通信。 Whisper
协议运行在以太坊 p2p 协议框架之上,所有运行 Whisper
协议的节点(以下简称 节点 )组成一个 Whisper
网络。通过节点之间的消息转发,理论上,每个节点都可以收到所有 Whisper
消息。
特性
Whisper
具有以下基本特性和概念
通信加密
每一条 Whisper
消息在网络上都是加密传输的,可以选择非对称加密(椭圆曲线)和对称加密(AES GSM)两种加密算法之一。
Envelope(信封)
Envelope是网络中传输的 Whisper
消息的基本单位,它包含已加密的 原始消息 以及消息相关的控制信息:
- Expiry time:消息的超时时刻,过了这个时刻,本消息不会被节点处理或者转发
- TTL:消息的存活时间,一个消息在从被创建起,只能生存TTL的时间,过了这个时间之后,消息在网络中超时
- Topic:消息的主题
- AESNonce:采用AES对称密钥加密算法时使用的Nonce值
- EnvNonce:用于PoW计算
当一个节点从一个 Peer 收到一个 Envelope 时,不管它自己管不关心里面的数据(Topic是否符合设置的值), 它都会将这个 Envelope 转发给其他 Peer ,这是 Whisper 的固有机制。
Topic(主题)
每个 Envelope 上写明了自己封装消息的 Topic ,如果一个节点不关心这个 Topic ,那么它就不需要去试着打开(解密)这个 Envelope 。通常一个 Topic 对应一个消息加密时使用的Key(无论是对称还是非对称加密)。所以,如果一个节点收到了一个关心的 Topic 的 Envelope 时,它应该能打开这个 Envelope
Filter(过滤器)
Dapp 可以在节点上安装多个 Filter ,每个 Filter 包含一组条件,只有满足这些条件的 Envelope 才能被打开,准确的说,不是节点打开 Envelope ,而是节点上安装的 Filter 打开 Envelope ,每个 Filter 有一个缓冲区可以存储解密后的消息,如果一个 Envelope 满足多个 Filter ,那么这个消息会存储在多个 Filter 中。 Filter 可以设置以下条件:
- Topics:关心的主题的集合
- Sender address:创建这个消息的节点
- Recipient address:指定接收节点的地址
- PoW requirement:消息需要的工作量证明
- AcceptP2P:节点是否接收P2P消息,这类消息有特殊的用途
Proof of Work(工作量证明)
Proof of Work用来防止节点恶意大量发送消息,采用的算法和PoW共识算法差不多。消息的创建者需要找到一个nonce使得消息的Hash值小于一个值。这个值与消息的大小和TTL有关,消息越大,TTL越大,则找到nonce越困难,计算工作量的公式为
$$ PoW = \dfrac{2*BestBit}{size * TTL} $$
其中$BestBit$为Hash值中从左往右第一个为 1 的bit所在的位置(这个值越大,则需要尝试nonce的次数越多)
源码分解
本部分主要涉及Whisper filter envelope ,它们的联系如下图:
Whisper
Whisper表示一个协议实例,负责整个 Whisper
功能的运行,其中比较重要的字段如下:
- protocol - Whisper协议的特定值,最重要的是其中的 Run 字段,它表示该协议的运行入口
- filter - 本节点安装的所有 Filter
- privateKeys - 本节点存储的非对称密钥对的集合,一个Whisper实例可以保存多个密钥对
- symKeys - 本届点存储的对称密钥的集合,一个Whisper实例可以保存多个对称密钥
- envelopes - envelope池,保存所有待广播发送的信封。信封池的存储键值是envelope的Hash
- expirations - 超时池,记录envelope的的过期时间,超时池的存储键值是unix时间,值是envelope的Hash
- peers - 活跃的Peer节点的集合,数据来源是p2p底层
- msgQueue - 普通Whisper消息的envelope处理通道
在 以太坊源码分析—p2p节点发现与协议运行 提到过,两个节点在底层连接建立后,会运行共同支持的协议的 Run 函数,对于Whisper协议来说,就是 HandlerPeer 函数。
HandlePeer最终运行在两个Go routine中,一个是 Whisper.runMessageLoop() ,它负责从底层读取消息,另一个是 Peer.update() ,它负责周期性的将 envelope池 中的未发送的 envelope 发送到对端并将过期的 envelope 删除。
Envelope
Envelope表示一个Whisper消息,它有两个来源
- 出方向通过 NewEnvelope() 构造
- 入方向从Peer节点接收
其重要的字段有
- Topic - Envelope 中的数据的主题,节点的 Filter 可以过滤感兴趣的主题进行解密
- EnvNonce - 消息的创建者在PoW中找到的nonce
- pow - 消息具有的pow值
消息发送的典型过程
以下是本节点广播发送一小段数据 payload ,封装到 Envelope ,再加入到 Envelope池 的过程,其中 wh
表示 Whisper 实例
- 首先构造发送参数,包括原始数据 payload ,主题Topic等
- 利用发送参数构造 SentMessage
- 根据发送参数将 SentMessage 封装到新创建的 Envelope ,这一步包括签名(sign)加密(encrypt)计算nonce(Seal)
- 将 Envelope 加入 Envelope池
消息接收的典型过程
以下是典型的 Whisper
消息接收过程,其中 w
表示 Whisper 实例
- w.runMessageLoop() 从底层收到
Whisper
消息,并解码成 Envelope ,加入 Envelope 池,调用 postEvent() 向w.messageQueue写入这个事件 - 另一方面,当
w
通过 Start 启动后,从w.messageQueue接收事件,开始Filter匹配 - 用已安装的每个Filter去匹配这个 Envelope ,如果匹配上,就将 Envelope 打开(解密),最终将其放入 Filter 的缓冲区中。
demo
写了一个whipser的chat-room demo,托管在 github 上,感兴趣可以瞧瞧
以上就是本文的全部内容,希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助,也希望大家多多支持 码农网
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