区块链节点

引言

区块链节点是运行区块链协议软件并与网络通信的设备。节点充当仲裁者并构建去中心化网络的底层架构，从而成为区块链的利益相关者。 它们的主要职责是维护区块链公共账本的一致性，这取决于节点的类型。

区块链节点是参与执行去中心化网络协议软件的设备-利益相关者连接。区块链的管理基础设施由相互协作的节点组成，而不是由一个单一的组织构成。维护公共账本的一致性是它们的主要职责。

什么是区块链节点？

为了更好地理解节点在区块链中的作用，让我们来分解一下区块链。简而言之，区块链是用户之间共享的、去中心化的、不可篡改的数字账本。交易信息被永久记录、保存并编码到“块”中，这些块又被“链”在一起，作为一个数据库运行。节点是实际的、技术性的设备（通常是计算机），它们保存着连接网络的链的副本，并使区块链能够运行。

“最基本地说，节点是运行特定区块链技术的设备。” Till Wendler，Peaq 的联合创始人，Peaq 是一个为实现物联网经济而创建的区块链平台。

区块链节点的工作原理

从操作角度来看，节点主要有三个功能：验证、访问和维护。

1. 节点提供区块链维护

区块链的保管者被称为节点。它们维护所有账本副本的同步，保存加密的交易历史，并接受新区块以实现可扩展的发展。

2. 节点验证提议和交易

为了通过多数共识执行交易，节点被系统地编程。被接受的提议会被包含到区块链中，并在网络中复制和分发，而被拒绝的提议会被同行节点消除。共识构建技术确保每个节点都保持同步。新区块的实时处理会即时更新所有账本副本。节点共同代表了网络的实际状态。

3. 节点透明地存储和维护区块链数据

区块链的存储节点是它的容器。因此，当用户连接到网络并获取数据时，他们就是在与一个节点进行交互。它们对任何人来说都是完全开放和可用的。

为了说明他的观点，Wendler 提到了 Polkadot，这是一个开源的 layer-0 区块链，作为 layer-1 区块链（也称为 parachains）的基础。parachains 运行在主网络之上，并被称为中继链。

Collator 节点是 Polkadot 的一个特殊功能，它们充当中继链和 parachain 之间通信的连接点，并使它们与中继链同步。为了实现这一点，Collator 节点会同时运行中继链及其相应的 parachain 全节点。

需要注意的是，Polkadot 托管着各种节点。验证节点维护共识过程并确保交易记录准确且最新，而 Collator 节点则充当中介。但如果没有存档节点（它们保存和保留网络的所有交易历史），这两种节点类型都无法运行。

Wendler 强调了该平台互联互通的能力是他的公司将使用 parachain 的主要原因：“这使它们成为所需 parachain 和中继链之间，以及通过扩展与其他生态系统中的 parachain 的关键通信通道。”由于它允许用户在各种网络上使用数百个去中心化应用程序，因此互操作性对于 Web 3 至关重要。Polkadot 在区块链行业提供了无与伦比的原生互操作性能力。其重要性怎么强调都不为过。

为什么需要区块链节点？

由于区块链没有中央权威，网络控制被分散到一组被选中的节点中。节点协同工作以执行治理和实用功能，包括交易验证和协议执行。此外，在区块链上，每个代币和智能合约都只存在于一个节点内。没有节点，区块链将有效地失去其基础设施。

Topl 公司（一家领先的、创建用于评估、表示和货币化行业可持续性的区块链应用程序的技术公司）的首席区块链工程师 Nicholas Edmonds 表示，“节点是区块链的现实中心。”

它们还支持区块链上的去中心化理念，因为权力分布在多个节点之间。一个区块链容纳的节点越多，它就越去中心化。节点数量更多的网络适应性更强，它通过超出目标来充实多数投票系统，并使入侵更加困难。

区块链节点类型

区块链节点根据其执行的任务进行分类。尽管存在差异，但每个节点都试图保持网络的完整性不变。

Zhdanovich 提到，在开发区块链平台（包括将对其进行管理的节点）时，开发人员考虑了两个方面。Zhdanovich 在 Haskell 编程语言方面的专业知识有助于构建第三代区块链平台 Cardano。

最初，一个单一的区块链协议可能需要大量的节点，每个节点在网络的整体运行中都起着至关重要的作用。例如，一个由七个节点组成的标准网络可能由四台 PC、一个路由器、一个打印机和一个远程设备组成。这种配置将符合区块链的独特要求。

节点在协议中的参与程度也可能有所不同。有些节点可能只贡献一部分存储空间，而另一些节点则可能验证整个区块历史。换句话说，并非所有节点都是平等的。

1. 全节点

在去中心化网络中，全节点代表服务器。它们除了同步、存储、复制和分发数据外，还验证新区块并维护区块链的交易历史。它们通过持续监控对规则的承诺来维护一个诚实的数据库。

全节点有两种类型：修剪式和存档式。

2. 修剪式全节点

修剪式全节点的主要特点是其定义的内存限制。当节点安装时，“修剪”就开始了。它包括下载完整的区块链，然后开始删除除前一个区块的元数据（以保持顺序）之外的所有内容，只保留最近的条目，直到达到节点的容量。由于它没有账本的完整副本，因此其运行可以优先考虑安全性而不是存储。

3. 存档式全节点

完整的区块链账本，包括所有交易到创世区块，都存储在存档式全节点上。权威节点、矿工节点、质押节点和主节点是四种最广泛使用的节点类别。

4. 权威节点

社区选择权威节点来充当部分或私有中心化区块链的仲裁者。

5. 矿工节点

为了释放代币并将新区块添加到现有区块链中，矿工节点（受新创建的加密货币驱动）使用工作量证明共识方法（一种依赖于随机加密难题的验证技术）来验证交易。因此，这些审计组织（也称为矿工）争相通过需要昂贵、高端计算设备来解决具有挑战性的数学难题，以获得报酬。矿工是属于某个组织（如企业或个人）的计算机，通常成组使用。这种机制是比特币治理结构的一个组成部分。

比特币作为奖励支付给矿工，以换取他们破解区块。每四年，或每创建 210,000 个新区块，奖励就会减半。通常，为了扩大他们在争夺奖励的竞赛中的影响力，矿工会联合起来共享他们的计算能力或组成一个矿池。

矿工与节点

在区块链上，交易验证和促进的任务都由矿工和节点承担。矿工代表一个提供利益的节点，但他们不一定必须是矿工。这些好处包括创建新区块的能力，以及因“完成”或验证一个区块而获得报酬（通常是代币形式）。节点可以像目录一样充当服务器，收集、存储和广播交易数据。

6. 主节点

这些全节点类型保存记录并验证交易。它们不生成新区块。

7. 质押节点

这些节点使用一种称为“质押”的技术进行身份验证。一种权益证明共识方法使用锁定的现金作为担保，并随机将认证权限分配给已满足预定义参数的用户，例如向协议添加特定数量的代币或检查预定的时长。

8. 轻节点

这些节点是第二常用的节点类型，用于快速简便地处理日常任务和交易。它们不下载完整的区块链，只保留运行所需的信息，并依赖全节点。

9. 闪电节点

闪电节点使用独立的、链外的连接来链下执行交易，以减少网络流量。交易将在处理完毕后上传到主区块链。这种解决方案减少了网络压力，同时实现了快速、低成本的交换。

10. 超级节点

超级节点是最先进的节点版本，它们是按需生成的，用于执行特定任务，例如强制执行协议更改或监控协议。

结论

本教程是关于区块链节点及其工作原理和类型的。