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Getdata Message

了解 P2P 協議中的 getdata 消息，用於請求交易、區塊等具體數據。

8 分鐘

Getdata 消息是比特幣 P2P 協議中用於請求具體數據的消息類型。 當節點收到 inv 通告後，使用 getdata 請求感興趣的交易或區塊的完整數據。

Getdata 消息概述

Getdata 在數據獲取中的角色:

標準流程:
┌─────────┐    inv(items)    ┌─────────┐
│ Node A  │ ──────────────→  │ Node B  │
│         │  getdata(items)  │         │
│         │ ←──────────────  │         │
│         │   tx / block     │         │
│         │ ──────────────→  │         │
└─────────┘                  └─────────┘

特點:
1. 格式與 inv 相同
2. 用於請求具體數據
3. 回應是對應的數據消息

可請求的數據類型:
- 交易 (tx)
- 區塊 (block)
- 緊湊區塊 (cmpctblock)
- Merkle 區塊 (merkleblock)
- 見證交易 (witnesstx)

消息格式

Getdata 消息結構:

┌─────────────────────────────────────────┐
│ count (varint)                          │
│ inventory:                              │
│   ┌─────────────────────────────────┐   │
│   │ type (4 bytes, uint32)          │   │
│   │ hash (32 bytes)                 │   │
│   └─────────────────────────────────┘   │
│   × count                               │
└─────────────────────────────────────────┘

與 inv 格式完全相同！

庫存類型 (type):
MSG_TX            = 1
MSG_BLOCK         = 2
MSG_FILTERED_BLOCK = 3  // merkleblock
MSG_CMPCT_BLOCK   = 4
MSG_WTX           = 5
MSG_WITNESS_TX    = 0x40000001
MSG_WITNESS_BLOCK = 0x40000002

範例（請求一個交易）:
01                              // count = 1
01 00 00 00                     // type = MSG_TX
abc123...                       // txid (32 bytes)

請求處理

節點如何回應 getdata:

對於交易請求 (MSG_TX / MSG_WTX):
1. 檢查 mempool
2. 如果找到，發送 tx 消息
3. 如果沒找到，發送 notfound

對於區塊請求 (MSG_BLOCK):
1. 檢查本地區塊數據
2. 如果找到，發送 block 消息
3. 如果沒找到，發送 notfound

對於緊湊區塊請求 (MSG_CMPCT_BLOCK):
1. 檢查是否支持緊湊區塊
2. 發送 cmpctblock 消息

對於 Merkle 區塊請求 (MSG_FILTERED_BLOCK):
1. 檢查是否有 bloom filter
2. 發送 merkleblock + 匹配的交易

代碼邏輯:
switch (inv.type) {
    case MSG_TX:
        tx = mempool.get(inv.hash);
        if (tx) send_tx(tx);
        else send_notfound(inv);
        break;
    case MSG_BLOCK:
        block = ReadBlockFromDisk(inv.hash);
        if (block) send_block(block);
        else send_notfound(inv);
        break;
}

見證數據請求

請求帶見證數據的內容:

MSG_WITNESS_TX (0x40000001):
- 請求帶見證的交易
- 回應包含完整 SegWit 數據
- 用於 SegWit 節點之間

MSG_WITNESS_BLOCK (0x40000002):
- 請求帶見證的區塊
- 區塊內所有交易包含見證
- 完整的 SegWit 區塊

服務標誌:
- NODE_WITNESS (1 << 3) 表示支持見證數據
- 檢查對方服務標誌再請求

請求邏輯:
if (peer.services & NODE_WITNESS) {
    // 可以請求見證數據
    getdata(MSG_WITNESS_BLOCK, hash);
} else {
    // 只能請求剝離的數據
    getdata(MSG_BLOCK, hash);
}

// 見證請求類型 = 基本類型 | MSG_WITNESS_FLAG
// MSG_WITNESS_FLAG = 1 << 30

請求排隊與超時

管理待處理的請求:

請求隊列:
class Peer {
    std::map<uint256, int64_t> in_flight;  // hash → 請求時間
    std::deque<CInv> request_queue;        // 待請求
};

超時處理:
GETDATA_TX_TIMEOUT = 60s      // 交易請求超時
GETDATA_BLOCK_TIMEOUT = 120s  // 區塊請求超時

超時後:
1. 從 in_flight 移除
2. 可能向其他節點請求
3. 可能增加對方的 misbehavior 分數

並發限制:
MAX_BLOCKS_IN_FLIGHT = 16     // 每個節點最多待處理區塊
MAX_TX_IN_FLIGHT = 100        // 每個節點最多待處理交易

防止:
- 單個節點壟斷下載
- 資源耗盡攻擊
- 長時間等待

Notfound 回應

當數據不可用時:

Notfound 消息:
┌─────────────────────────────────────────┐
│ count (varint)                          │
│ inventory: (same as inv/getdata)        │
└─────────────────────────────────────────┘

觸發條件:
1. 請求的交易不在 mempool
2. 請求的區塊未存儲
3. 數據已被修剪

處理 notfound:
1. 從 in_flight 移除
2. 可能向其他節點請求
3. 不增加 misbehavior（正常情況）

範例場景:
- 交易已確認，不再在 mempool
- 請求了修剪節點沒有的舊區塊
- 競態條件導致數據消失

// notfound 是正常的協議行為，不是錯誤

優化策略

Getdata 的優化:

1. 批量請求
   - 累積多個請求
   - 一次發送減少往返
   - 單個 getdata 最多 50000 項

2. 來源選擇
   - 從多個節點請求不同區塊
   - 並行下載加速同步
   - 避免單點瓶頸

3. 優先級
   - 區塊優先於交易
   - 鏈頂區塊優先於舊區塊
   - 緊急數據立即請求

4. 重試策略
   - 超時後換節點請求
   - 保持請求歷史
   - 避免重複請求失敗節點

代碼:
void ScheduleRequests() {
    // 按優先級排序
    sort(requests, by_priority);

    // 分配給不同節點
    for (auto& req : requests) {
        auto peer = SelectBestPeer(req);
        peer.send_getdata(req);
    }
}

調試與監控

# 監控 getdata 活動

# 查看節點下載狀態
bitcoin-cli getpeerinfo | jq '.[] | {
  id: .id,
  addr: .addr,
  inflight: .inflight
}'

# inflight 顯示正在請求的區塊

# 日誌設置
# bitcoin.conf
debug=net

# 日誌輸出:
# "sending getdata (37 bytes) peer=5"
# "received getdata with 3 items from peer=3"
# "sending notfound for txid=abc123"

# 查看區塊下載進度
bitcoin-cli getblockchaininfo | jq '{
  blocks: .blocks,
  headers: .headers,
  verificationprogress: .verificationprogress
}'

實現細節

Bitcoin Core 中的實現:

// 發送 getdata
void PeerManager::SendGetData(CNode& node, std::vector<CInv>& vInv) {
    if (vInv.empty()) return;

    // 記錄 in_flight
    for (const auto& inv : vInv) {
        node.m_tx_relay->m_in_flight.emplace(inv.hash, GetTime());
    }

    connman.PushMessage(&node,
        CNetMsgMaker(node.GetCommonVersion())
            .Make(NetMsgType::GETDATA, vInv));
}

// 處理收到的 getdata
void PeerManager::ProcessGetData(CNode& node, std::vector<CInv>& vInv) {
    std::vector<CInv> vNotFound;

    for (const CInv& inv : vInv) {
        bool found = false;

        if (inv.type == MSG_TX || inv.type == MSG_WTX) {
            auto tx = mempool.get(GetTxIdFromInv(inv));
            if (tx) {
                connman.PushMessage(&node,
                    CNetMsgMaker(node.GetCommonVersion())
                        .Make(NetMsgType::TX, *tx));
                found = true;
            }
        } else if (inv.type == MSG_BLOCK) {
            // 讀取區塊...
        }

        if (!found) {
            vNotFound.push_back(inv);
        }
    }

    if (!vNotFound.empty()) {
        connman.PushMessage(&node,
            CNetMsgMaker(node.GetCommonVersion())
                .Make(NetMsgType::NOTFOUND, vNotFound));
    }
}

相關概念

  • Inv Message：庫存通告消息
  • Message Types：P2P 消息類型
  • Block Download：區塊下載策略
  • Transaction Broadcast：交易廣播
  • Compact Blocks：緊湊區塊
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