midnight-p2p-networking

P2P 网络

点对点（P2P）层连接 Midnight 节点，并支持在去中心化网络中交换数据。Midnight 使用默认的 Polkadot SDK Rust libp2p 实现。

技术栈概览

flowchart TB
  subgraph Discovery["Peer discovery"]
    BS["Bootstrap nodes"]
    MDNS["mDNS (LAN)"]
    KDHT["Kademlia DHT random walk"]
  end

  subgraph Transport["Connection"]
    TCP["TCP/IP"]
    WS["WebSockets"]
    DNS["DNS resolution"]
  end

  subgraph Security["Upgrade"]
    Noise["Noise Protocol — encryption"]
    Yamux["Yamux — multiplexing"]
    MS["Multistream-Select negotiation"]
  end

  subgraph Protocols["Substream protocols"]
    Ping["Ping — liveness"]
    RR["Request-Response — block/tx queries"]
    Notif["Notifications — gossip, finality, sync"]
  end

  Discovery --> Transport
  Transport --> Security
  Security --> Protocols

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发现机制

要加入网络，节点必须发现并连接对等节点。

引导节点

• 网络配置中预定义的可信对等节点（硬编码的身份标识和地址）。
• 启动时，节点连接引导节点以加入网络，并了解其他对等节点。

mDNS（多播 DNS）

• 通过 UDP 广播发现同一局域网中的对等节点。
• 适用于开发、测试网或同地部署。
• 可通过网络设置启用或禁用。

Kademlia DHT（随机漫步）

• 至少连接到一个对等节点后，节点会在每条已配置链的 DHT 上执行基于 Kademlia 的随机漫步。
• 发送 FIND_NODE 查询以发现更多对等节点。
• 随着时间推移，逐步构建具有韧性且不断扩展的网络视图。

flowchart LR
  Start["Node starts"] --> Boot["Connect to bootstrap"]
  Boot --> Learn["Learn peer addresses"]
  Learn --> Walk["Kademlia random walk"]
  Walk --> More["More peers discovered"]
  More --> Walk
  MDNS["mDNS on LAN"] -.-> Learn

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建立连接

发现对等节点后：

1. 建立直接连接。
2. 协商共享的协议能力（传输、安全性、多路复用）。

这是更高级的同步和泛洪协议的基础。

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传输层

节点 A（Alice）连接到节点 B（Bob）时：

传输方式	说明
TCP/IP	传统 IPv4/IPv6 套接字
WebSockets	TCP + WebSocket 帧封装（适用于浏览器/代理）
DNS	连接期间将域名解析为 IP 地址

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加密与多路复用

基础传输连接建立后，对等节点通过协商的协议进行升级：

协议	用途
Noise	端到端机密性与完整性
Yamux	在一个物理连接上承载多个逻辑流
Multistream-Select	选择兼容的加密与多路复用选项

sequenceDiagram
  participant A as Alice
  participant B as Bob

  A->>B: TCP / WebSocket connect
  A->>B: Multistream-Select (Noise)
  Note over A,B: Encrypted channel
  A->>B: Multistream-Select (Yamux)
  Note over A,B: Multiplexed substreams
  A->>B: Open Ping / Request-Response / Notifications

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子流协议

每个子流运行一种专用的应用层协议：

协议	用途
Ping	存活检查与延迟测量
Request-Response	结构化交换（区块查询、交易查询）
Notifications	广播：新交易、区块公告、最终性更新、轻客户端状态同步

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对等节点身份标识

• 每个节点都有一个唯一的 Ed25519 公钥，用于 P2P 身份标识。
• 此密钥对与共识消息签名密钥相互独立。
• 在握手期间交换此密钥；用于在会话中验证对等节点身份。

有关 Ed25519 在 libp2p 和 GRANDPA 中的用法，请参阅 midnight-cryptography/。

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相关技能

• midnight-consensus/ — 验证者传播的内容（区块、最终性）
• midnight-cryptography/ — Noise、Ed25519 对等节点身份标识
• midnight-rpc/ — 外部客户端访问（补充 P2P 同步）