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区块链技术学习之比特币开发(六):P2P网络建立的流程之查询DNS节点

上节开始我们已经开始讲解比特币系统中P2P网络是如何建立的。还记得在比特币系统启动的的第12步的讲解中,我们提到有几个线程相关的处理非常重要吗?以下内容正是基于此做了详细的讲解。由于篇幅过长,我们分几篇文章依次道来。

P2P 网络的建立是在比特币系统启动的第 12 步,最后时刻调用 CConnman::Start 方法开始的。

本部分内容在 net.cppnet_processing.cpp 等文件中。

下面开始讲解各个线程的具体处理。

1、ThreadSocketHandler

详情见上一篇文章:

区块链技术学习之比特币开发(五):比特币系统中P2P网络是如何建立的

2、ThreadDNSAddressSeed

这个线程的目标是,通过查询DNS节点来找到足够多的比特币节点。找到之后才可以连接比特币网络进行同步。

只有在需要地址时才查询 DNS 种子,当我们不需要 DNS 种子时,会避免 DNS 种子查询。这样可以通过创建更少的识别 DNS 请求来提高用户隐私。

线程定义在 net.cpp 文件的 1603 行。下面我们开始进行具体的解读。

  1. 如果对等节点的数量大于 0,且没有指定 -forcednsseed,或指定了但值为 false,进行下面的处理:遍历所有的节点,如果节点已成功连接,且不是引导节点,且 fOneShot 属性为假,且不是不是手动连接的,且不是入站节点,那么变量 nRelevant 加1。如果变量 nRelevant 大于2,即 P2P 网络已经可用,则退出函数。
    if ((addrman.size() > 0) &&
        (!gArgs.GetBoolArg("-forcednsseed", DEFAULT_FORCEDNSSEED))) {
        if (!interruptNet.sleep_for(std::chrono::seconds(11)))
            return;
    
        LOCK(cs_vNodes);
        int nRelevant = 0;
        for (auto pnode : vNodes) {
            nRelevant += pnode->fSuccessfullyConnected && !pnode->fFeeler && !pnode->fOneShot && !pnode->m_manual_connection && !pnode->fInbound;
        }
        if (nRelevant >= 2) {
            LogPrintf("P2P peers available. Skipped DNS seeding.\n");
            return;
        }
    }
  2. 获取并遍历所有的 DNS 种子节点。
     for (const std::string &seed : vSeeds) {
         if (interruptNet) {
             return;
         }
         if (HaveNameProxy()) {
             AddOneShot(seed);
         } else {
             std::vector<CNetAddr> vIPs;
             std::vector<CAddress> vAdd;
             ServiceFlags requiredServiceBits = GetDesirableServiceFlags(NODE_NONE);
             std::string host = strprintf("x%x.%s", requiredServiceBits, seed);
             CNetAddr resolveSource;
             if (!resolveSource.SetInternal(host)) {
                 continue;
             }
             unsigned int nMaxIPs = 256; // Limits number of IPs learned from a DNS seed
             if (LookupHost(host.c_str(), vIPs, nMaxIPs, true))
             {
                 for (const CNetAddr& ip : vIPs)
                 {
                     int nOneDay = 24*3600;
                     CAddress addr = CAddress(CService(ip, Params().GetDefaultPort()), requiredServiceBits);
                     addr.nTime = GetTime() - 3*nOneDay - GetRand(4*nOneDay); // use a random age between 3 and 7 days old
                     vAdd.push_back(addr);
                     found++;
                 }
                 addrman.Add(vAdd, resolveSource);
             } else {
                 // We now avoid directly using results from DNS Seeds which do not support service bit filtering,
                 // instead using them as a oneshot to get nodes with our desired service bits.
                 AddOneShot(seed);
             }
         }
     }

    下面,对上面的代码进行讲解。

    如果指定了代理,则调用 AddOneShot 方法,保存当前 DNS 种子节点到 vOneShots 集合中。否则,进行下面的处理:

    • 生成两个集合 vIPsvAdd 。vIPs 集合中保存的是 CNetAddr 对象,代表了一个IP地址。vAdd集合中保存的是 CAddress 对象,CAddress 继承自 CService,后者又继承自 CAddress,包含了一些关于对等节点别的信息。
    • 调用 GetDesirableServiceFlags 方法,获得服务标志位。
    • 调用 strprintf 函数,格式化 DNS 种子节点的地址。strprintf 是一个宏定义,实际调用的是 Boost 库的 tfm::format
    • 生成类型为 CNetAddr 的地址对象 resolveSource,并调用其 SetInternal 方法,设置 resolveSource 的 IP。如果出错,则返回处理下一个。
    • 调用 LookupHost 方法,根据 DNS 种子节点获取其保存的对等节点列表。并保存在 vIPs集合中。LookupHost 方法内部主要调用了 LookupIntern 方法进行处理。下面我们看下后者的具体处理。
      • 生成一个地址对象 addr。然后调用其 SetSpecial 方法进行处理。在该方法内部,如果 DNS种子节点不是以 .onion 结尾,即不是暗网地址,则直接返回假。否则进行下面的处理。调用 DecodeBase32 方法,解析不包括暗网后缀在内的具体的地址。接下来,检查地址的长度是否不等于指定的长度,如果是则返回假。否则,对地址进行处理并转化为IP地址,然后返回真。
        bool CNetAddr::SetSpecial(const std::string &strName)
        {
            if (strName.size()>6 && strName.substr(strName.size() - 6, 6) == ".onion") {
                std::vector<unsigned char> vchAddr = DecodeBase32(strName.substr(0, strName.size() - 6).c_str());
                if (vchAddr.size() != 16-sizeof(pchOnionCat))
                    return false;
                memcpy(ip, pchOnionCat, sizeof(pchOnionCat));
                for (unsigned int i=0; i<16-sizeof(pchOnionCat); i++)
                    ip[i + sizeof(pchOnionCat)] = vchAddr[i];
                return true;
            }
            return false;
        }

        如果前面方法返回的结果为真,即 DNS 种子为暗网地址,则把当前地址加入 vIP 集合,并返回。

        CNetAddr addr;
        if (addr.SetSpecial(std::string(pszName))) {
            vIP.push_back(addr);
            return true;
        }
      • 生成一个类型为 addrinfo 的结构体对象 aiHint,并设置其各个属性值。
      • 生成一个类型为 addrinfo 的结构体对象 aiRes,然后调用 getaddrinfo 方法,根据 DNS 种子节点来获取一个地址链接表。这个方法是系统提供的方法,返回的是一个 sockaddr 结构的链表而不是一个地址清单。第一个参数是一个主机名或者地址串,第二个参数是一个服务名或者10进制端口号数串,第三个参数可以是一个空指针,也可以是一个指向某个addrinfo结构的指针,调用者在这个结构中填入关于期望返回的信息类型的暗示,最后一个参数是返回的结果。
        int nErr = getaddrinfo(pszName, nullptr, &aiHint, &aiRes);
        if (nErr)
            return false;
      • 接下来只要地址信息链表不空,且当前获取的对等节点IP数量小于指定的数量或者指定的数量是0(即不限制对等节点的数量),就循环这个链表进行下面的处理。根据返回的地址信息对象,是IPV4 或者是 IPV6,生成生成不同的 CNetAddr 对象。如果这个地址对象不是内部 IP,则保存到 vIP 集合中。从地址信息链表中取得下一个地址信息对象。
        struct addrinfo *aiTrav = aiRes;
        while (aiTrav != nullptr && (nMaxSolutions == 0 || vIP.size() < nMaxSolutions))
        {
            CNetAddr resolved;
            if (aiTrav->ai_family == AF_INET)
            {
                assert(aiTrav->ai_addrlen >= sizeof(sockaddr_in));
                resolved = CNetAddr(((struct sockaddr_in*)(aiTrav->ai_addr))->sin_addr);
            }
        
            if (aiTrav->ai_family == AF_INET6)
            {
                assert(aiTrav->ai_addrlen >= sizeof(sockaddr_in6));
                struct sockaddr_in6* s6 = (struct sockaddr_in6*) aiTrav->ai_addr;
                resolved = CNetAddr(s6->sin6_addr, s6->sin6_scope_id);
            }
            /* Never allow resolving to an internal address. Consider any such result invalid */
            if (!resolved.IsInternal()) {
                vIP.push_back(resolved);
            }
        
            aiTrav = aiTrav->ai_next;
        }
      • 调用 freeaddrinfo 方法,释放 getaddrinfo 方法所申请的内存空间。
      • 根据 vIP 集合的大小,返回真假。
    • 如果 LookupHost 方法返回结果为真,即根据当前 DNS 种子节点查找到了至少一个对等节点,则进行下面的处理。遍历 vIPs 集合,根据当前的 IP 地址,生成一个 CAddress 地址对象,并保存在 vAdd 集合中,同时把代表找到节点的变量 found 加1。调用地址管理器的 Add 方法,保存多个地址。

      具体代码如下:

      for (const CNetAddr& ip : vIPs)
      {
          int nOneDay = 24*3600;
          CAddress addr = CAddress(CService(ip, Params().GetDefaultPort()), requiredServiceBits);
          addr.nTime = GetTime() - 3*nOneDay - GetRand(4*nOneDay); // use a random age between 3 and 7 days old
          vAdd.push_back(addr);
          found++;
      }
      addrman.Add(vAdd, resolveSource);
    • 如果 LookupHost 方法返回结果为假,即根据当前 DNS 种子节点没找到一个对等节点,则调用 AddOneShot 方法进行处理。
    • AddOneShot 方法内部简单地把当前 DNS 种子加入 vOneShots 集合。

2.1、CAddrMan::Add 方法

下面我们对地址管理器的 Add 方法做下介绍。这个方法位于 addrman.h 文件的 540 行。

这个方法主体是一个 for 循环,遍历 CAddress 集合,针对每一个 CAddress 对象调用 Add_ 方法进行处理。并返回是否添加成功。代码如下:

bool Add(const std::vector<CAddress> &vAddr, const CNetAddr& source, int64_t nTimePenalty = 0)
{
    LOCK(cs);
    int nAdd = 0;
    Check();
    for (std::vector<CAddress>::const_iterator it = vAddr.begin(); it != vAddr.end(); it++)
        nAdd += Add_(*it, source, nTimePenalty) ? 1 : 0;
    Check();
    if (nAdd) {
        LogPrint(BCLog::ADDRMAN, "Added %i addresses from %s: %i tried, %i new\n", nAdd, source.ToString(), nTried, nNew);
    }
    return nAdd > 0;
}

接下来,我们来看一下 Add_ 方法。这个方法在 addrman.cpp 文件的第254行。

  1. 如果当前地址是不可路由的,则直接返回假。
     if (!addr.IsRoutable())
         return false;
  2. 调用 Find 方法,根据地址对象找到其对应的地址信息。
     std::map<CNetAddr, int>::iterator it = mapAddr.find(addr);
     if (it == mapAddr.end())
         return nullptr;
     if (pnId)
         *pnId = (*it).second;
     std::map<int, CAddrInfo>::iterator it2 = mapInfo.find((*it).second);
     if (it2 != mapInfo.end())
         return &(*it2).second;
     return nullptr;
  3. 如果地址对象来源对象,设置变量 nTimePenalty 等于0。
  4. 如果找到对应的地址信息,则设置地址信息的相关属性
     bool fCurrentlyOnline = (GetAdjustedTime() - addr.nTime < 24 * 60 * 60);
     int64_t nUpdateInterval = (fCurrentlyOnline ? 60 * 60 : 24 * 60 * 60);
     if (addr.nTime && (!pinfo->nTime || pinfo->nTime < addr.nTime - nUpdateInterval - nTimePenalty))
         pinfo->nTime = std::max((int64_t)0, addr.nTime - nTimePenalty);
    
     // add services
     pinfo->nServices = ServiceFlags(pinfo->nServices | addr.nServices);
    
     // do not update if no new information is present
     if (!addr.nTime || (pinfo->nTime && addr.nTime <= pinfo->nTime))
         return false;
    
     // do not update if the entry was already in the "tried" table
     if (pinfo->fInTried)
         return false;
    
     // do not update if the max reference count is reached
     if (pinfo->nRefCount == ADDRMAN_NEW_BUCKETS_PER_ADDRESS)
         return false;
    
     // stochastic test: previous nRefCount == N: 2^N times harder to increase it
     int nFactor = 1;
     for (int n = 0; n < pinfo->nRefCount; n++)
         nFactor *= 2;
     if (nFactor > 1 && (RandomInt(nFactor) != 0))
         return false;
  5. 如果没有找到对应的地址信息,则生成新的地址信息。
     pinfo = Create(addr, source, &nId);
     pinfo->nTime = std::max((int64_t)0, (int64_t)pinfo->nTime - nTimePenalty);
     nNew++;
     fNew = true;

    在 Create 方法中,生成一个新的 CAddrInfo 对象,并放到 mapInfo 集合中,同时在在 mapAddr 集合中增加对应的条目。具体代码如下:

     int nId = nIdCount++;
     mapInfo[nId] = CAddrInfo(addr, addrSource);
     mapAddr[addr] = nId;
     mapInfo[nId].nRandomPos = vRandom.size();
     vRandom.push_back(nId);
     if (pnId)
         *pnId = nId;
     return &mapInfo[nId];
  6. 接下来处理其他一些信息,代码比较简单不详述。
     int nUBucket = pinfo->GetNewBucket(nKey, source);
     int nUBucketPos = pinfo->GetBucketPosition(nKey, true, nUBucket);
     if (vvNew[nUBucket][nUBucketPos] != nId) {
         bool fInsert = vvNew[nUBucket][nUBucketPos] == -1;
         if (!fInsert) {
             CAddrInfo& infoExisting = mapInfo[vvNew[nUBucket][nUBucketPos]];
             if (infoExisting.IsTerrible() || (infoExisting.nRefCount > 1 && pinfo->nRefCount == 0)) {
                 // Overwrite the existing new table entry.
                 fInsert = true;
             }
         }
         if (fInsert) {
             ClearNew(nUBucket, nUBucketPos);
             pinfo->nRefCount++;
             vvNew[nUBucket][nUBucketPos] = nId;
         } else {
             if (pinfo->nRefCount == 0) {
                 Delete(nId);
             }
         }
     }
  7. 返回真。
我是区小白,Ulord全球社区联盟(优得社区)核心区块链技术开发者,深入研究比特币,以太坊,EOS Dash,Rsk,Java, Nodejs,PHP,Python,C++ 我希望能聚集更多区块链开发者,一起学习共同进步。
为了更高效的交流探讨区块链开发过程中遇到的问题,欢迎在帖子下面留言。

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