Węzły (nodes) – czym są i jak działają?

430

Definicja i cel węzła (ang. node) zależy od kontekstu, w którym słowo jest używane.

W przypadku sieci komputerowych i / lub telekomunikacyjnych węzły mogą spełniać różne cele, np. jako punkt redystrybucji danych lub jako punkt końcowy komunikacji. Węzeł zwykle składa się z fizycznego urządzenia sieciowego, ale istnieją specjalne przypadki, w których wykorzystywane są węzły wirtualne.

Mówiąc najprościej węzeł sieciowy jest punktem w którym możliwe jest utworzenie, odbieranie lub transmitowanie wiadomości. W artykule skupiliśmy się na omówieniu różnych typów węzłów obecnych w sieci blockchain Bitcoina, a są to: pełne węzły (ang. full nodes), super węzły (ang. super nodes), węzły górnicze (ang. miner nodes) oraz klienty SPV (ang. SPV clients).

Mówiąc najprościej, węzeł sieci to punkt, w którym możesz tworzyć, odbierać lub przesyłać wiadomości. W artykule skupiliśmy się na omówieniu różnych typów węzłów obecnych w sieci blockchain Bitcoin, a są to: pełne węzły (ang. miner nodes), super węzły (ang. super nodes) , węzły górnicze (ang. miner nodes) i klienci SPV (ang. SPV clients).

Węzły w sieci Bitcoin

Zagłębiając się kontekst węzła obowiązującego w sieciach blockchain – które są zaprojektowane jako systemy rozproszone / księgi – komputerowa sieć węzłów umożliwia wykorzystanie Bitcoin jako zdecentralizowanej waluty cyfrowej P2P (peer-to-peer), która jest odporna na cenzurę i nie potrzebuje aby otwierać transakcje żadnych pośredników (bez względu na to, jak daleko są od siebie obie strony transakcji).

Węzły w sieciach blockchain działają jako punkt komunikacyjny, który wykonuje różne funkcje. Każdy komputer lub urządzenie, które łączy się z interfejsem Bitcoin, można nazwać węzłem, ponieważ komunikuje się z innymi urządzeniami w ten czy inny sposób. W sieci blockchain Bitcoin węzły przesyłają informacje o transakcjach i blokach za pomocą protokołu peer-to-peer Bitcoin. Każdy węzeł obecny w sieci jest określony zgodnie z jego przeznaczeniem.

Pełne Węzły

Tak zwane pełne węzły (full Nodes) to te węzły, które obsługują sieć Bitcoin, zapewniają jej bezpieczeństwo i są niezbędne do jej działania. Węzły te są również nazywane węzłami pełnej weryfikacji, ponieważ biorą udział w procesie weryfikacji transakcji i bloków zgodnie z zasadami konsensusu obowiązującymi w systemie. Pełne węzły są również odpowiedzialne za przekazywanie (przesyłanie, transmitowanie) nowych transakcji i bloków do sieci.

Pełny węzeł zwykle pobiera kopię łańcucha bloków Bitcoin i powiększa go sam z każdym nowo pobranym blokiem i transakcją. Na dzień dzisiejszy pobieranie bieżącej kopii sieci blockchain nie jest wymagane do określenia „pełnego” węzła, zamiast tego właściciele węzłów mogą użyć zmniejszonej (ograniczonej do odczytu) kopii łańcucha blockchain.

Węzeł w sieci blockchain działa dzięki specjalnemu oprogramowaniu, ale obecnie najczęściej stosowanym jest Bitcoin Core. Minimalne wymagania do uruchomienia pełnego węzła są następujące:

  • Komputer stacjonarny lub laptop z najnowszą wersją systemu Windows, Mac OS X lub Linux.
  • 200 GB wolnego miejsca na dysku.
  • 2 GB pamięci (RAM).
  • Łącze internetowe o szybkości wysyłania co najmniej 50 kB/s.
  • Asymetryczne połączenie sieciowe lub połączenie z wysokim limitem wysyłania. Pełne węzły mogą osiągnąć lub przekroczyć obciążenie po stronie transmisji do 200 GB miesięcznie, a zużycie po stronie pobierania 20 GB / miesiąc. Przy pierwszym uruchomieniu węzła zostanie pobranych około 200 GB danych.
  • Pełny węzeł powinien działać co najmniej 6 godzin dziennie. Jeszcze lepiej, jeśli działa przez całą dobę – 24/7.

Wiele organizacji i użytkowników utrzymuje pełne węzły w sieci Bitcoin, aby pomóc sieci blockchain w funkcjonowaniu tej kryptowaluty. W chwili pisania tego tekstu w sieci Bitcoin działa około 9700 węzłów publicznych. Liczba ta dotyczy tylko węzłów publicznych, tj. Tych, które „nasłuchują”, a zatem są widoczne i dostępne. Węzły publiczne są znane jako węzły nasłuchujące (listening nodes).

Poza publicznym węzłami w sieci funkcjonuje wiele innych ukrytych węzłów (tzw. węzły nie nasłuchujące). Węzły te działają zwykle za firewallem, korzystają z protokołów takich jak Tor lub po prostu zostały skonfigurowane w taki sposób aby nie nasłuchiwały połączeń.

Oprócz węzłów publicznych w sieci istnieje wiele innych ukrytych węzłów (tak zwane węzły nie nasłuchujące). Te węzły zwykle działają za zaporą ogniową (firewall), używają protokołów takich jak Tor lub zostały po prostu skonfigurowane tak, aby nie nasłuchiwały połączeń.

Węzły Nasłuchujące (ang. Listening Nodes; Super Węzły)

Zasadniczo węzeł nasłuchujący lub super węzeł to pełny węzeł, który jest publicznie widoczny. Komunikuje się i przekazuje informacje do każdego innego węzła, który zdecyduje się nawiązać z nim połączenie. To sprawia, że Super Węzeł jest zasadniczo punktem redystrybucji, który może działać zarówno jako źródło danych, jak i rodzaj mostu komunikacyjnego.

Niezawodny superwęzeł działa zwykle 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu i zawsze ma ustanowione co najmniej kilka zapasowych źródeł połączeń sieciowych. Super Węzły są zajęte wysyłaniem danych historycznych i transakcji blockchain do wielu innych węzłów na całym świecie. Super Nodes wymagają większej mocy obliczeniowej i lepszego połączenia z Internetem w porównaniu do zwykłego Full Node.

Węzły Górnicze

Aby móc kopać bitcoiny zgodnie z obecnym algorytmem konsensusu, konieczne jest inwestowanie pieniędzy w specjalistyczny sprzęt i oprogramowanie. Programy wydobywcze (oprogramowanie) nie są bezpośrednio związane z rdzeniem Bitcoin i są uruchamiane równolegle z oprogramowaniem typu Bitcoin Core w celu próby wydobycia bloków Bitcoin. Górnicy mogą pracować sami (w kopalni Solo) lub w grupach (w kopalni Pool).

Podczas gdy pełne węzły niezależnych górników używają własnej kopii sieci blockchain, górnicy kopający w grupach współpracują ze sobą. Każdy górnik w grupie ma własne zasoby obliczeniowe (moc mieszania), ale korzysta z sieci blockchain współdzielonej przez całą grupę. W tak zwanych pulach górniczych tylko menedżer grup musi mieć aktywny pełny węzeł – nazywany pełnym węzłem górnika puli.

Lekki klient kontra klient SPV

Klient SPV ( Simplified Payment Verification – uproszczona weryfikacja płatności) i lekki klient (lightweight) korzysta z sieci Bitcoin, ale tak naprawdę nie działa jako pełny węzeł. LC i SPV nie przyczyniają się do poprawy bezpieczeństwa sieci, ponieważ nie przechowują kopii sieci blockchain i, co ważne, nie uczestniczą w procesie weryfikacji i weryfikacji transakcji.

Krótko mówiąc, użytkownik korzystający z SPV ma możliwość sprawdzenia, czy wybrane transakcje zostały uwzględnione w bloku, czy też nie, bez konieczności pobierania wszystkich danych związanych z blokiem. Klient SPV opiera się na informacjach dostarczonych przez inne pełne węzły (Super Nodes). Lekki klient działa jako punkt końcowy komunikacji i jest używany przez wiele portfeli kryptowalut.

Klient kontra Węzeł Górniczy

W tym miejscu warto jednak zauważyć i pamiętać, że uruchomienie pełnego węzła to nie to samo, co uruchomienie pełnego węzła wydobywczego. W przeciwieństwie do górników, którzy stale muszą inwestować w rozwój sprzętu i oprogramowania wydobywczego, wszyscy inni uczestnicy sieci mogą uruchomić zwykły węzeł, koncentrując się tylko na sprawdzaniu poprawności transakcji. Zasady konsensusu w sieci są ustalane, a następnie egzekwowane (zabezpieczone) przez rozproszoną sieć węzłów walidacyjnych, a nie przez górników.

Przed próbą wyodrębnienia bloku górnik musi zebrać oczekujące transakcje, które zostały wcześniej zaakceptowane jako ważne przez pełne węzły. Po tej akcji górnik tworzy tak zwany blok kandydujący (zawierający grupę transakcji) i próbuje go dosłownie wyodrębnić czyli wydobyć. Jeśli górnikowi uda się znaleźć prawidłowe rozwiązanie łamigłówki matematycznej dla tego bloku, to nadaje go do sieci, a pozostałe pełne węzły sprawdzają poprawność bloku i wynik zawartej w nim łamigłówki matematycznej.

Wnioski

Węzły w sieci Bitcoin komunikują się ze sobą za pośrednictwem protokołu sieciowego Bitcoin P2P i utrzymując stałe połączenie ze sobą, gwarantują integralność systemu. Konstrukcja sieci blockchain Bitcoin oznacza, że węzeł, który ma nieczyste intencje lub pracuje w propagowaniu nieprawidłowych danych, jest szybko rozpoznawany przez uczciwe węzły i dosłownie odłączony od sieci.

Pomimo faktu, że prowadzenie pełnego węzła sprawdzania poprawności nie zapewnia korzyści finansowych, zaleca się podjęcie takiej aktywności przez uczestników sieci, ponieważ zapewnia użytkownikom osiągnięcie odpowiedniego poziomu zaufania do sieci, a jednocześnie zapewnia jej bezpieczeństwo i bezpieczeństwo prywatność innych uczestników. Pełne węzły chronią zasady konsensusu i chronią sieć blockchain przed atakami i próbami oszustwa (np. Podwójnymi wydatkami). Posiadanie własnego pełnego węzła zapewnia użytkownikom pełną kontrolę nad własnymi pieniędzmi i eliminuje potrzebę zaufania innym w sprawie ich prawdziwych intencji.