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進階

Getaddr & Addr Messages

了解 P2P 協議中的地址發現機制，節點如何請求和分享對等節點地址。

10 分鐘

Getaddr 和 Addr 消息是比特幣 P2P 網路中的地址發現機制。 節點通過這些消息交換已知的對等節點地址，維護去中心化的網路拓撲。

地址發現概述

地址發現流程:

1. 新節點啟動
   - 從 DNS seeds 獲取初始地址
   - 連接到已知節點

2. 請求更多地址
   ┌─────────┐    getaddr     ┌─────────┐
   │ Node A  │ ────────────→  │ Node B  │
   │         │      addr      │         │
   │         │ ←────────────  │         │
   └─────────┘                └─────────┘

3. 存儲地址
   - 保存到 AddrMan
   - 用於未來連接

4. 地址傳播
   - 節點分享新發現的地址
   - 網路自我維護

目的:
- 發現新節點
- 維護網路連通性
- 去中心化的對等發現

Getaddr 消息

Getaddr 消息格式:

┌─────────────────────────────────────────┐
│ (empty payload - 0 bytes)               │
└─────────────────────────────────────────┘

完整 P2P 消息:
┌──────────────────────────────────────────────┐
│ magic (4 bytes)                              │
│ command: "getaddr" (12 bytes, padded)        │
│ length: 0 (4 bytes)                          │
│ checksum: 0x5df6e0e2 (4 bytes)               │
│ payload: (empty)                             │
└──────────────────────────────────────────────┘

發送時機:
1. 連接建立後（版本握手完成）
2. 需要更多對等節點時
3. AddrMan 地址不足時

限制:
- 每個連接只回應一次
- 防止地址抓取攻擊
- 隨機選擇返回的地址

Addr 消息（v1）

Addr 消息格式:

┌─────────────────────────────────────────┐
│ count (varint)                          │
│ addr_list:                              │
│   ┌─────────────────────────────────┐   │
│   │ time (4 bytes, uint32)          │   │
│   │ services (8 bytes, uint64)      │   │
│   │ IP address (16 bytes)           │   │
│   │ port (2 bytes, big-endian)      │   │
│   └─────────────────────────────────┘   │
│   × count                               │
└─────────────────────────────────────────┘

欄位說明:

time:
- 最後一次看到該節點的時間戳
- Unix epoch seconds

services:
- 節點提供的服務
- NODE_NETWORK (1), NODE_BLOOM (4), etc.

IP address:
- IPv6 格式（16 bytes）
- IPv4 映射為 ::ffff:x.x.x.x

port:
- 網路字節序（big-endian）
- 主網默認 8333

限制:
- 最多 1000 個地址
- 超過則分多個消息

Addrv2 消息

Addrv2 (BIP-155) 改進:

支持更多網路類型:
- IPv4 (4 bytes)
- IPv6 (16 bytes)
- Tor v2 (10 bytes) - 已棄用
- Tor v3 (32 bytes)
- I2P (32 bytes)
- CJDNS (16 bytes)

Addrv2 格式:
┌─────────────────────────────────────────┐
│ count (varint)                          │
│ addr_list:                              │
│   ┌─────────────────────────────────┐   │
│   │ time (4 bytes, uint32)          │   │
│   │ services (compact size)         │   │
│   │ network_id (1 byte)             │   │
│   │ addr_len (varint)               │   │
│   │ addr (variable)                 │   │
│   │ port (2 bytes, big-endian)      │   │
│   └─────────────────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────┘

network_id:
0x01 = IPv4
0x02 = IPv6
0x03 = Tor v2 (deprecated)
0x04 = Tor v3
0x05 = I2P
0x06 = CJDNS

協商:
- 發送 sendaddrv2 消息表示支持
- 必須在 verack 之前發送

地址中繼

地址自動中繼:

接收新地址後:
1. 驗證地址格式
2. 更新 AddrMan
3. 選擇性轉發給其他節點

轉發規則:
- 不轉發太舊的地址（>10分鐘）
- 隨機選擇 1-2 個節點轉發
- 限制轉發頻率

自我廣播:
- 節點定期廣播自己的地址
- 通過 addr 消息發送
- 幫助網路發現自己

限制:
- 每個節點每 24 小時只接受一個 getaddr
- 防止地址枚舉攻擊
- 隨機延遲轉發

Python 偽代碼:
def on_addr(peer, addresses):
    for addr in addresses:
        if addr.time > now() - 10 * 60:  # 10 分鐘內
            addrman.add(addr)

            # 隨機選擇 1-2 個節點轉發
            for relay_peer in random_peers(1, 2):
                relay_peer.send_addr([addr])

AddrMan 整合

地址如何存儲到 AddrMan:

AddrMan 結構:
- new 表: 新發現的地址
- tried 表: 已嘗試連接的地址

接收 addr 後:
1. 驗證地址
   - 格式正確
   - 不是私有地址
   - 時間戳合理

2. 計算桶位置
   - 基於來源和地址
   - 確保分散存儲

3. 插入到 new 表
   - 如果桶已滿，可能替換舊條目
   - 隨機選擇替換

4. 後續使用
   - 需要連接時從 tried 表選擇
   - 或從 new 表嘗試新地址

代碼流程:
addr_received → validate() → addrman.Add() → bucket_insert()

隱私考量

地址消息的隱私問題:

1. 拓撲洩露
   問題: 通過地址可以推斷網路結構
   緩解:
   - 隨機選擇返回的地址
   - 限制 getaddr 回應次數
   - 添加隨機延遲

2. 時間戳攻擊
   問題: 時間戳可能洩露節點活動
   緩解:
   - 更新時間戳有最小間隔
   - 不精確的時間戳

3. 地址枚舉
   問題: 攻擊者可能枚舉所有節點
   緩解:
   - 每個連接只回應一次 getaddr
   - 隨機子集

4. Sybil 攻擊
   問題: 注入假地址佔據 AddrMan
   緩解:
   - 桶分散算法
   - 來源多樣性檢查

// 地址中繼設計平衡了發現性和隱私

調試與監控

# 監控地址相關活動

# 查看已知地址數量
bitcoin-cli getnodeaddresses 0 | jq 'length'

# 獲取隨機地址
bitcoin-cli getnodeaddresses 10
[
  {
    "time": 1704067200,
    "services": 1033,
    "address": "1.2.3.4",
    "port": 8333,
    "network": "ipv4"
  },
  ...
]

# 查看節點連接
bitcoin-cli getpeerinfo | jq '.[] | {
  addr: .addr,
  services: .services,
  addr_relay: .addr_relay_enabled
}'

# 日誌設置
# bitcoin.conf
debug=addrman
debug=net

# 日誌輸出:
# "Added 23 addresses from peer=5"
# "Sending getaddr to peer=3"
# "Received addr: 15 addresses"

實現細節

Bitcoin Core 中的實現:

// 處理 getaddr
void PeerManager::ProcessGetAddr(CNode& node) {
    // 每個連接只回應一次
    if (node.fSentAddr) {
        return;
    }
    node.fSentAddr = true;

    // 從 AddrMan 獲取隨機地址
    std::vector<CAddress> vAddr = addrman.GetAddr(
        MAX_ADDR_TO_SEND,  // 1000
        MAX_PCT_ADDR_TO_SEND,  // 23%
        node.GetNetwork()
    );

    // 發送 addr 或 addrv2
    if (node.m_wants_addrv2) {
        connman.PushMessage(&node,
            CNetMsgMaker(node.GetCommonVersion())
                .Make(NetMsgType::ADDRV2, vAddr));
    } else {
        connman.PushMessage(&node,
            CNetMsgMaker(node.GetCommonVersion())
                .Make(NetMsgType::ADDR, vAddr));
    }
}

// 處理收到的 addr
void PeerManager::ProcessAddr(CNode& node, std::vector<CAddress>& vAddr) {
    // 驗證數量
    if (vAddr.size() > MAX_ADDR_TO_SEND) {
        Misbehaving(node.GetId(), 20);
        return;
    }

    // 添加到 AddrMan
    std::vector<CAddress> vAddrOk;
    for (auto& addr : vAddr) {
        if (addr.IsValid() && !addr.IsLocal()) {
            vAddrOk.push_back(addr);
        }
    }
    addrman.Add(vAddrOk, node.addr);
}

相關概念

  • Node Discovery：節點發現機制
  • AddrMan：地址管理器
  • P2P Protocol：點對點協議
  • Tor Integration：Tor 網路整合
  • I2P Integration：I2P 網路整合
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