Network Magic

網路魔數（Network Magic）是比特幣 P2P 協議中的特殊字節序列，用於識別網路類型 和標記消息邊界。不同的比特幣網路使用不同的魔數以防止跨網路混淆。

魔數的作用

網路魔數的用途:

1. 網路識別
   - 區分 Mainnet、Testnet、Signet 等
   - 防止節點連接到錯誤網路
   - 避免交易被發送到錯誤網路

2. 消息分隔
   - 標記 P2P 消息的開始
   - 幫助解析數據流
   - 從損壞的連接中恢復

3. 協議版本
   - 不同版本可能使用不同魔數
   - 軟分叉兼容性

// 魔數出現在每個 P2P 消息的開頭

各網路的魔數

P2P 消息結構

每個 P2P 消息的結構:

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Header (24 bytes)                                       │
├──────────────┬──────────┬──────────┬──────────────────┬┤
│ magic (4)    │command(12)│size (4) │checksum (4)      │
│ F9 BE B4 D9  │"version\0"│00 00 00 │ xx xx xx xx      │
└──────────────┴──────────┴──────────┴──────────────────┴┘
│ Payload (variable length)                              │
│ ...                                                    │
└────────────────────────────────────────────────────────┘

Magic (4 bytes):
- 網路識別符
- Little Endian 格式

Command (12 bytes):
- ASCII 命令名稱
- 用 \0 填充到 12 字節
- 例: "version", "verack", "tx", "block"

Size (4 bytes):
- Payload 長度
- Little Endian

Checksum (4 bytes):
- SHA256(SHA256(payload)) 的前 4 字節

消息示例

// Mainnet 上的 "verack" 消息

原始字節:
F9 BE B4 D9  // Magic (Mainnet)
76 65 72 61 63 6B 00 00 00 00 00 00  // "verack\0\0\0\0\0\0"
00 00 00 00  // Size = 0 (無 payload)
5D F6 E0 E2  // Checksum

解析:
- Magic: 0xD9B4BEF9 → Mainnet
- Command: "verack"
- Size: 0 bytes
- Checksum: 0xE2E0F65D
- Payload: (空)

// "ping" 消息
F9 BE B4 D9  // Magic
70 69 6E 67 00 00 00 00 00 00 00 00  // "ping"
08 00 00 00  // Size = 8
xx xx xx xx  // Checksum
yy yy yy yy yy yy yy yy  // 8 字節 nonce

魔數選擇的設計

Mainnet 魔數 0xF9BEB4D9 的特點:

1. 不太可能隨機出現
   - 4 字節有 2^32 種可能
   - 在隨機數據中出現概率 ~1/40億

2. 與常見模式不同
   - 不是 ASCII 可打印字符
   - 不是常見文件頭

3. 識別度高
   - 在 hex dump 中容易看到
   - 幫助調試網路問題

// 為什麼不同網路用不同魔數？
- 防止跨網路誤連
- 主網節點不會連到測試網
- 測試網交易不會影響主網

在代碼中的定義

// Bitcoin Core chainparams.cpp

// Mainnet
pchMessageStart[0] = 0xf9;
pchMessageStart[1] = 0xbe;
pchMessageStart[2] = 0xb4;
pchMessageStart[3] = 0xd9;

// Testnet3
pchMessageStart[0] = 0x0b;
pchMessageStart[1] = 0x11;
pchMessageStart[2] = 0x09;
pchMessageStart[3] = 0x07;

// Regtest
pchMessageStart[0] = 0xfa;
pchMessageStart[1] = 0xbf;
pchMessageStart[2] = 0xb5;
pchMessageStart[3] = 0xda;

// 注意: 定義順序是發送順序 (Little Endian)
// 所以 Mainnet 發送: F9 BE B4 D9

檢測與解析

# 使用 Wireshark 抓取比特幣流量

過濾器: tcp.port == 8333

觀察:
- 每個消息以 F9 BE B4 D9 開頭
- 可以看到 version、verack、getaddr 等消息
- 方便調試連接問題

# 使用 Python 解析

import struct

MAINNET_MAGIC = b'\xf9\xbe\xb4\xd9'
TESTNET_MAGIC = b'\x0b\x11\x09\x07'

def parse_message(data):
    if len(data) < 24:
        return None

    magic = data[:4]
    command = data[4:16].rstrip(b'\x00').decode()
    size = struct.unpack('

區塊文件 (blk*.dat) 也使用魔數:

文件結構:
┌──────────────────┐
│ Magic (4 bytes)  │  F9 BE B4 D9
│ Size (4 bytes)   │  區塊大小
│ Block Data       │  完整區塊
├──────────────────┤
│ Magic (4 bytes)  │  F9 BE B4 D9
│ Size (4 bytes)   │  區塊大小
│ Block Data       │  完整區塊
├──────────────────┤
│ ...              │
└──────────────────┘

用途:
- 識別區塊邊界
- 允許跳過損壞的區塊
- 驗證文件完整性

# 檢查區塊文件
hexdump -C ~/.bitcoin/blocks/blk00000.dat | head
# 應該看到 f9 be b4 d9 開頭

一些分叉幣的網路魔數:

Bitcoin Cash: 0xE3E1F3E8
Litecoin:     0xFBC0B6DB
Dogecoin:     0xC0C0C0C0
Zcash:        0x24E92764

設計要點:
- 與比特幣不同以防止混淆
- 分叉幣通常選擇新的魔數
- 幫助錢包和節點區分網路

// 如果魔數相同會發生什麼？
- 節點可能連接到錯誤網路
- 交易可能被發送到錯誤鏈
- 造成資金損失風險

# 查看當前網路
bitcoin-cli getblockchaininfo | jq '.chain'

# 不同網路的默認端口
Mainnet:  8333
Testnet:  18333
Signet:   38333
Regtest:  18444

# 手動連接時指定網路
bitcoin-cli -testnet getblockchaininfo
bitcoin-cli -signet getblockchaininfo
bitcoin-cli -regtest getblockchaininfo

# 配置文件指定
# bitcoin.conf
testnet=1
# 或
signet=1