以太坊全节点同步

A. geth以太坊客户端轻节点模式启动怎么与全节点启动的geth连接

一般来说，Undefined index就是自己编写过程中出现了的的确确的写法问题notice一般提示关于与执行代码没有直接关系的错误，但不要忘记，notice有时会返回一些多余的错误信息

B. 以太坊技术系列-以太坊数据结构

本篇文章和大家介绍一下以太坊的数据结构，上篇文章我们提到，以太坊为了实现智能合约这一功能，使用了基于账户的模型。我们来看看以太坊中数据结构。

既然是基于账户的模型，我们需要通过账户地址找到账户的状态。就像通过银行卡号可以找到你在银行中的各种信息一样。最简单的想法当然是一个简单的哈希表 key是账户地址 value是账户状态。但这里有个问题解决不了。

轻节点如何校验账户合法性？

上篇我们说过，区块链中有2类节点，全节点和轻节点，轻节点只会存储block header，所以轻节点如何才能校验账号是否合法呢？

这个思路和我们平时用的md5校验一致，我们会对区块内的信息进行hash运算从而得出区块内信息唯一确定的值，区块链所有节点中这个值都是相同的。

在这个过程中我们用到了一种数据结构Merkle Tree（哈希树），我们先看下Merkle Tree（哈希树）的示意图。

上篇文章说到区块链中的链表(哈希链)和我们平时常见链表不同的是将指针从地址改为了hash指，这里也一样，哈希树和二叉树的区别有2个

1.将地址改为了哈希值

2.只有叶子节点存储数据

回到之前的问题轻节点是如何校验1个账户或交易是否是在链上的呢？

整个流程如上图所示

1.轻节点需要判断1个账号是否合法

2.轻节点由于只存储block header，所以拿到1个账号的时候会向全节点发出请求

3.全节点存储了所有账户状态，将账户路径中的需要计算用到的hash值返回给轻节点

4.轻节点本地进行计算根hash值，如果计算结果和自己存储一致则账户合法，不一致则不合法。

那以太坊中的账户信息的数据结构就是这样吗？

直接用这样的数据结构来存储账户信息会有2个问题

查找困难

生成hash值不确定

第1个问题应该比较容易发现，在这个树中寻找1个账号需要的复杂度是O(n),因为没有任何顺序。

第2个问题其实也是因为无序导致的，无序的组合每个节点针对同一批账户生成的hash值不一致，这就导致无法达成共识。

既然2个问题都和顺序有关，那我们类似二叉排序树一样，使用哈希排序树是不是就可以解决问题了呢？

使用排序树后会带来另外1个问题

插入困难

因为要维持树是有序的，很可能带来树结构的很大变动。

以太坊中使用了另外一种数据结构字典树。和哈希树不同，字典树应该是很多地方都有使用。我们简单来看下字典树的结构。

字典树能够较好地解决哈希树的2个缺点1.查找困难 2.生成的hash值不确定以及排序二叉树的1个缺点 插入困难。

但字典树我们可以看到可能树的深度可能由于部分元素导致整棵树深度非常深。

这时我们可以进一步优化，将相同路径进行压缩。这就是压缩字典树。

将哈希树和压缩字典树结合，就可以得到以太坊存储账户的最终数据结构-MPT。

将压缩字典树里面的指针从地址改为指针，并且将数据存储在叶子节点中即可。

介绍完状态树的数据结构，我们接下来讨论1个问题，区块中存储的账户状态是什么样的范围。有2种选择。

只保存当时区块中产生交易的账户状态。

保存全局所有的账户。

我们可以看下这2种方式，无非就是空间和时间的平衡，只保存当前区块产生的交易意味着是做懒加载(需要的时候才去寻找账户)，在区块链中这个代价是非常大的，因为寻找的账户之前从未交易过，这样会遍历整个区块链。另外一种保存全局的账户方式虽然看起来空间消耗较大，但查找快捷，而且空间的问题我们可以通过其他方式优化。所以最终以太坊选择了第2种每个区块都报错全局所有账户的方式。

我们来看下以太坊中是如何保存状态树的。

可以看到以太坊中虽然每个区块都保存了全部账户，但是会将未发生变化的账户状态指向前1个节点，本身只存储发生变化的状态，这样可以较大程度优化空间占用。

介绍完以太坊中比较复杂的状态树后，我们继续来看看以太坊中的另外两棵树，交易树和收据树。

首先介绍一下，为什么需要交易树&收据树。

1.交易树

虽然以太坊是基于账户的模型，但是就像银行不仅会存储银行卡的余额，还会存储卡中的每笔钱怎么来的以及怎么花的。交易树中就存储着当前区块中的包含的所有交易。

2.收据树

由于智能合约的引入增加了不少复杂性，所以以太坊用收据树存储着一些交易操作的额外信息。比如交易过程中执行日志就包含在收据树中方便查询。收据树和交易树是一一对应的。每发生一次交易就会有一次收据。

和状态树不同交易树和收据树只维护当前区块内发生的交易，因为当时区块发生交易时不需要再去查找另外1个交易，也就之前需要可能遍历整个区块链的查找操作了。

由于以太坊中的出块速度较快，我们进行一些查询一些符合条件交易的时候会面临大量数据遍历困难的问题。收据树中引入了布隆过滤器可以帮助我们有效缓解这一困难。

布隆过滤器将大集合中每个元素进行hash运算映射到1个较小的集合，这时再来1个元素要判断是否在大集合的时候，不需要遍历整个大集合，而是去进行hash运算去小集合中寻找是否存在，如果不存在，肯定不在大集合中，如果存在则不能说明任何问题。

如上图所示，布隆过滤器只能证明某1个元素不在集合中，不能证明1个元素在结合中。

以太坊中如果我们要在较多区块中寻找某1个交易，则可以利用布隆过滤器，过滤掉肯定不存在目标交易的区块，然后进入收据树内继续利用布隆过滤器筛选，剩下的才是可能的目标交易的交易，进行一一比对即可。

我们介绍了以太坊的核心数据结构，状态树&交易树&收据树，他们都是使用相同的数据结构-哈希压缩字典树。但状态树是维护1颗全局账户树，交易树和收据树则是维护本区块内的交易或收据。

介绍完数据结构后，后面我们会用几篇文章来介绍以太坊中的一些核心算法，比如共识机制，挖矿算法等。

C. 以太坊多节点私有链部署

假设两台电脑A和B
要求：
1、两台电脑要在一个网络中，能ping通
2、两个节点使用相同的创世区块文件
3、禁用ipc;同时使用参数--nodiscover
4、networkid要相同，端口号可以不同

1.4 搭建私有链
1.4.1 创建目录和genesis.json文件
创建私有链根目录./testnet
创建数据存储目录./testnet/data0
创建创世区块配置文件./testnet/genesis.json

1.4.2 初始化操作
cd ./eth_test
geth --datadir data0 init genesis.json

1.4.3 启动私有节点

1.4.4 创建账号
personal.newAccount()
1.4.5 查看账号
eth.accounts
1.4.6 查看账号余额
eth.getBalance(eth.accounts[0])
1.4.7 启动&停止挖矿
启动挖矿：
miner.start(1)
其中 start 的参数表示挖矿使用的线程数。第一次启动挖矿会先生成挖矿所需的 DAG 文件，这个过程有点慢，等进度达到 100% 后，就会开始挖矿，此时屏幕会被挖矿信息刷屏。
停止挖矿，在 console 中输入：
miner.stop()
挖到一个区块会奖励5个以太币，挖矿所得的奖励会进入矿工的账户，这个账户叫做 coinbase，默认情况下 coinbase 是本地账户中的第一个账户，可以通过 miner.setEtherbase() 将其他账户设置成 coinbase。

1.4.8 转账
目前，账户 0 已经挖到了 3 个块的奖励，账户 1 的余额还是0：

我们要从账户 0 向账户 1 转账，所以要先解锁账户 0，才能发起交易：

发送交易，账户 0 -> 账户 1：

需要输入密码 123456

此时如果没有挖矿，用 txpool.status 命令可以看到本地交易池中有一个待确认的交易，可以使用 eth.getBlock("pending", true).transactions 查看当前待确认交易。

使用 miner.start() 命令开始挖矿：
miner.start(1);admin.sleepBlocks(1);miner.stop();

新区块挖出后，挖矿结束，查看账户 1 的余额，已经收到了账户 0 的以太币：
web3.fromWei(eth.getBalance(eth.accounts[1]),'ether')

用同样的genesis.json初始化操作
cd ./eth_test
geth --datadir data1 init genesis.json

启动私有节点一,修改 rpcport 和port

可以通过 admin.addPeer() 方法连接到其他节点，两个节点要要指定相同的 chainID。

假设有两个节点：节点一和节点二，chainID 都是 1024，通过下面的步骤就可以从节点二连接到节点一。

首先要知道节点一的 enode 信息，在节点一的 JavaScript console 中执行下面的命令查看 enode 信息：

admin.nodeInfo.enode
" enode://@[::]:30303 "

然后在节点二的 JavaScript console 中执行 admin.addPeer()，就可以连接到节点一：

addPeer() 的参数就是节点一的 enode 信息，注意要把 enode 中的 [::] 替换成节点一的 IP 地址。连接成功后，节点一就会开始同步节点二的区块，同步完成后，任意一个节点开始挖矿，另一个节点会自动同步区块，向任意一个节点发送交易，另一个节点也会收到该笔交易。

通过 admin.peers 可以查看连接到的其他节点信息，通过 net.peerCount 可以查看已连接到的节点数量。

除了上面的方法，也可以在启动节点的时候指定 --bootnodes 选项连接到其他节点。 bootnode 是一个轻量级的引导节点，方便联盟链的搭建 下一节讲 通过 bootnode 自动找到节点

参考： https://cloud.tencent.com/developer/article/1332424

D. 以太坊技术系列-以太坊共识机制

区块链的特点之一是去中心化。也就是节点会分布在各个地方组成分布式系统。各个节点需要对1个问题达成一致，理想情况下，只需要同步状态即可。

如上图所示 B节点将a=1=> a=2的状态同步给  ACDE四个节点，这时系统中状态变为a=2, 但如果其中有恶意节点 AE 收到通知后把a=1=>a=3修改为错误的节点，这个时候大家的状态就不一致了，此时需要共识机制使系统中得到1个唯一正确的状态。

如上面说到分布式系统存在恶意节点导致系统中状态不一致的情况有1个比较著名的虚拟问题-拜占庭将军问题。

拜占庭将军问题是指，N个将军去攻打一座城堡，如果大于一定数量的将军同时进攻则可以攻打成功，如果小于则进攻失败。将军中可能存在叛徒。

这个时候有2种情况

1.如果2个叛徒都在BCDE中，那么共识算法需要让其余2个将军听从A的正确决策进攻城堡。

2.如果A是1个叛徒，共识算法需要让BCDE中剩余的3个忠诚将军保持一致。

这个问题有很多种解法，大家有兴趣可以自行查阅(推荐学习PBFT)，我们重点来看看以太坊中目前正在使用的Nakamoto 共识和将要使用的 Casper Friendly Finality Gadget共识是如何解决拜占庭将军问题的。

说到Nakamoto共识和Casper Friendly Finality Gadget共识可能大家不太熟悉，但他们的部分组成应该都比较熟悉-POW(工作量证明)和POS(权益证明)。

POW或POS称之为Sybil抗性机制，为什么需要Sybil抗性机制呢，刚刚我们说到拜占庭将军问题，应该很容易看出恶意节点越多，达成正确共识的难度也就越大，Sybil攻击就是指1个攻击者可以伪装出大量节点来进行攻击，Sybil抗性是指抵御这种攻击能力。

POW通过让矿工或验证者投入算力，POS通过让验证者质押以太坊，如果攻击者要伪装多个节点攻击则必将投入大量的算力或资产，会导致攻击成本高于收益。在以太坊中保障的安全性是除非攻击者拿到整个系统51%算力或资产否则不可能进攻成功。

在解决完Sybil攻击后，通过选取系统中的最长链作为大家达成共识的链。

很多人平时为了简化将pow和pos认为是共识机制，这不够准确，但也说明了其重要作用，我们接下来分析pow和pos。

通过hash不可逆的特性，要求各个矿工不停地计算出某个值的hash符合某一特征，比如前多少位是000000，由于这个过程只能依赖不停的试错计算hash,所以是工作量证明。计算完成后其他节点验证的值符合hash特征非常容易验证。验证通过则成为成为合法区块(不一定是共识区块，需要在最长链中)。

以太坊中的挖矿算法用到2个数据集，1个小数据集cache,1个大数据集DAG。这2个数据集会随着区块链中区块增多慢慢变大，初始大小cache为16M DAG为1G。

我们先来看这2个数据集的生成过程

cache生成规则为有1个种子随机数seed，cache中第1个元素对seed取hash，后面数组中每个元素都是前1个元素取hash获得。

DAG生成规则为 找到cache中对应的元素后 根据元素中的值计算出下次要寻找的下标，循环256次后获得cache中最终需要的元素值进行hash计算得到DAG中元素的值。

然后我们再看看矿工如何进行挖矿以及轻节点如何验证

矿工挖矿的过程为，选择Nonce值映射到DAG中的1个item，通过item中的值计算出下次要找的下标，循环64次，得到最终item，将item中的值hash计算得到结果，结果和target比较，符合条件

则证明挖到区块，如果不符合则更换nonce继续挖矿。矿工在挖矿过程中需要将1G的DAG读取到内存中。

轻节点验证过程和矿工挖矿过程基本一致，

将块头里面的Nonce值映射到DAG中的1个item，然后通过cache数组计算出该item的值，通过item中的值计算出下次要找的下标，循环64次，得到最终item，将item中的值hash计算得到结果，结果和target比较，符合条件则验证通过。轻节点在验证过程中不需要将1G的DAG读取到内存中。每次用到DAG的item值都使用cache进行计算。

以太坊为什么需要这2个不同大小的数组进行辅助hash运算呢，直接进行hash运算会有什么问题？

如果只是进行重复计算会导致挖矿设备专业化，减少去中心化程度。因为我们日常使用的计算机内存和计算力是都需要的，如果挖矿只需要hash运算，挖矿设备则会设计地拥有超高算力，但对内存可以缩小到很小甚至没有。所以我们选用1G的大内存增加对内存访问的频率，增加挖矿设备对内存访问需求，从而更接近于我们日常使用的计算机。

我们看看在Nakamoto共识是如何解决拜占庭将军问题的。首先看看区块链中的拜占庭将军问题是什么？

区块链中需要达成一致的是哪条链为主链，虽然采用了最长链原则，但由于分叉问题，还是会带来拜占庭将军问题。

本来以太坊pow目标是抵抗51%以下的攻击，但如上图如果恶意节点沿着自己挖出的区块不断挖矿，由于主链上有分叉存在，恶意节点不需要达到51%算力就可以超过主链进而成为新的主链，为此以太坊使用了ghost协议给上图中的B1和C1也分配出块奖励，尽快合并到主链中，这样主链长度(按照合并后的总长度算，长度只是抽象概念，以太坊中按照区块权重累加)还是大于恶意节点自己挖矿的。

网络中的用户通过质押一定数量的以太坊成为验证者。每次系统从这些验证者从随机选择出区块创建者，其余验证者去验证创建出的区块是否合法。验证者会获得出块奖励，没有被选中的区块不进行验证则会被扣除一定质押币，如果进行错误验证则会被扣除全部质押币。

如上图，权益证明在每隔一定区块的地方设置一个检查点，对前面的区块进行验证，2/3验证者通过则验证通过，验证通过则该区块所在链成为最长合法链(不能被回滚)。

我们简化地只分析了权益证明本身，在以太坊中权益证明较为复杂的点在于和分片机制结合在一起时的运行流程，这部分会在后面单独将分片机制的一篇文章中详述。

本篇文章主要讨论了共识机制是解决分布式系统中的拜占庭将军问题，以及分析了以太坊中的共识机制一般包括最长链选择和一种sybil抗性机制(pow或pos)。重点分析了pow和pos的流程以及设计思想。后续将开始重点讨论智能合约的部分。

E. 小狐狸钱包eth取消交易要手续费

以太坊钱包是一种帮助您与您的以太坊账户进行交互的工具。可以把它想像成一个背后没有银行的互联网银行应用。通过钱包您可以查看余额，发送交易或者链接到各种应用。您的钱包只是管理您以太坊账户的工具。这意味着您可以随时更换您的钱包应用。许多钱包应用都支持同时管理您的多个以太坊账户。是您，而不是钱包实际控制您的资产。它们只是管理您资产的工具。
第一个要说的当然就是Ethereum官方钱包+浏览器Mist。Mist是一个全节点钱包（全节点钱包通俗的来说就是同步了全部的以太坊区块信息的钱包）。也就是说打开钱包后，电脑会自动同步全部的以太坊区块信息，如果设备和网络的条件过关的情况下，目前（17年9月8日）大概需要半天左右的时间。
优势:安全度高，不需要经过第三方发起交易，节点未同步完成之前无法查看地址余额
劣势:无法调整GasPrice对网络要求高，需要连接节点，才能发起交易

F. [以太坊源码分析][p2p网络07]：同步区块和交易

同步，也就是区块链的数据的同步。这里分为两种同步方式，一是本地区块链与远程节点的区块链进行同步，二是将交易均匀的同步给相邻的节点。

01.同步区块链
02.同步交易
03.总结

ProtocolManager 协议管理中的 go pm.syncer() 协程。

先启动了 fetcher ，辅助同步区块用的。然后等待不同的事件触发不同的同步方式。

同步的过程调用 pm.synchronise 方法来进行。

ProtocolManager 协议管理中的 go pm.txsyncLoop() 协程。

同步交易循环 txsyncLoop 分为三个部分的内容：

发送交易的函数。

挑选函数。

三个监听协程的 case 。

G. 以太坊币到什么钱包最安全

Parity。
Parity钱包由以太坊核心开发者参与开发，开发团队和以太坊基金会保持着千丝万缕的联系，可以看作是以太坊的准官方钱包。
Parity拥有市面上最强大的功能和极强的安全性。不过目前Parity没有移动端产品，同时需要同步全节点，需要一定的专业知识，适合对技术有一定掌握的用户。

H. 走进以太坊网络

目录

术语“以太坊节点”是指以某种方式与以太坊网络交互的程序。从简单的手机钱包应用程序到存储整个区块链副本的计算机，任何设备均可扮演以太坊节点。

所有节点都以某种方式充当通信点，但以太坊网络中的节点分为多种类型。

与比特币不同，以太坊找不到任何程序作为参考实施方案。在比特币生态系统中， 比特币核心 是主要节点软件，以太坊黄皮书则提出了一系列独立（但兼容）的程序。目前最流行的是Geth和Parity。

若要以允许独立验证区块链数据的方式连接以太坊网络，则应使用之前提到的软件运行全节点。

该软件将从其他节点下载区块，并验证其所含交易的正确性。软件还将运行调用的所有智能合约，确保接收的信息与其他节点相同。如果一切按计划运行，我们可以认为所有节点设备均存储相同的区块链副本。

全节点对于以太坊的运行至关重要。如果没有遍布全球的众多节点，网络将丧失其抗审查性与去中心化特性。

通过运行全节点，您可以直接为网络的 健康 和安全发展贡献一份力量。然而，全节点通常需要使用独立的机器完成运行和维护。对于无法（或单纯不愿）运行全节点的用户，轻节点是更好的选择。

顾名思义，轻节点均为轻量级设备，可显著降低资源和空间占用率。手机或笔记本电脑等便携式设备均可作为轻节点。然而，降低开销也要付出代价：轻节点无法完全实现自给自足。它们无法与整条区块链同步，需要全节点提供相关信息。

轻节点备受商户、服务供应商和用户的青睐。在不必使用全节点并且运行成本过高的情况下，它们广泛应用于支收付款。

挖矿节点既可以是全节点客户端，也可以是轻节点客户端。“挖矿节点”这个术语的使用方式与比特币生态系统不同，但依然应用于识别参与者。

如需参与以太坊挖矿，必须使用一些附加硬件。最常见的做法是构建 矿机 。用户通过矿机将多个GPU（图形处理器）连接起来，高速计算哈希数据。

矿工可以选择两种挖矿方案：单独挖矿或加入矿池。 单独挖矿 表示矿工独自创建区块。如果成功，则独享挖矿奖励。如果加入 矿池 ，众多矿工的哈希算力会结合起来。出块速度得以提升，但挖矿奖励将由众多矿工共享。

区块链最重要的特性之一就是“开放访问”。这表明任何人均可运行以太坊节点，并通过验证交易和区块强化网络。

与比特币相似，许多企业都提供即插即用的以太坊节点。如果只想启动并运行单一节点，这种设备无疑是最佳选择，缺点是必须为便捷性额外付费。

如前文所述，以太坊中存在众多不同类型的节点软件实施方案，例如Geth和Parity。若要运行个人节点，必须掌握所选实施方案的安装流程。

除非运行名为 归档节点 的特殊节点，否则消费级笔记本电脑足以支持以太坊全节点正常运行。不过，最好不要使用日常工作设备，因为节点会严重拖慢运行速度。

运行个人节点时，建议设备始终在线。倘若节点离线，再次联网时可能耗费大量的时间进行同步。因此，最好选择造价低廉并且易于维护的设备。您甚至可以通过Raspberry Pi运行轻节点。

随着网络即将过渡到权益证明机制，以太坊挖矿不再是最安全的长期投资方式。过渡成功后，以太坊矿工只能将挖矿设备转入其他网络或直接变卖。

鉴于过渡尚未完成，参与以太坊挖矿仍需使用特殊硬件（例如GPU或ASIC）。若要获得可观收益，则必须定制矿机并寻找电价低廉的矿场。此外，还需创建以太坊钱包并配置相应的挖矿软件。这一切都会耗费大量的时间和资金。在参与挖矿前，请认真考量自己能否应对各种挑战。（国内严禁挖矿，切勿以身试法）

ProgPow代表 程序化工作量证明 。这是以太坊挖矿算法Ethash的扩展方案，旨在提升GPU的竞争力，使其超过ASIC。

在比特币和以太坊社区，抗ASIC多年来一直是饱受争议的话题。在比特币网络中，ASIC已经成为主要的挖矿力量。

在以太坊中，ASIC并不是主流，相当一部分矿工仍然使用GPU。然而，随着越来越多的公司将以太坊ASIC矿机引入市场，这种情况很快就会改变。然而，ASIC到底存在什么问题呢？

一方面，ASIC明显削弱网络的去中心化。如果GPU矿工无法盈利，不得不停止挖矿，哈希率最终就会集中在少数矿工手中。此外，ASIC芯片的开发成本相当昂贵，坐拥开发能力与资源的公司屈指可数。这种现状有可能导致以太坊挖矿产业集中在少数公司手中，形成一定程度的行业垄断。

自2018年以来，ProgPow的集成一直饱受争议。有些人认为，它有益于以太坊生态系统的 健康 发展。另一些人则持反对态度，认为它可能导致硬分叉。随着权益证明机制的到来，ProgPoW能否应用于网络仍然有待观察。

以太坊与比特币是一样，均为开源平台。所有人都可以参与协议开发，或基于协议构建应用程序。事实上，以太坊也是区块链领域目前最大的开发者社区。

Andreas Antonopoulos和Gavin Wood出品的 Mastering Ethereum ，以及Ethereum.org推出的 开发者资源 等都是新晋开发者理想的入门之选。

智能合约的概念于20世纪90年代首次提出。其在区块链中的应用带来了一系列全新挑战。2014年由Gavin Wood提出的Solidity已经成为开发以太坊智能合约的主要编程语言，其语法与Java、JavaScript以及C++类似。

从本质上讲，使用Solidity语言，开发者可以编写在分解后可由以太坊虚拟机(EVM)解析的指令。您可以通过Solidity GitHub详细了解其工作原理。

其实，Solidity语言并非以太坊开发者的唯一选择。Vyper也是一种热门的开发语言，其语法更接近Python。

I. 轻用户是什么意思

什么是轻客户端？为什么你需要了解它

播报文章

在以太坊的案例中，过去只有一种类型的节点，现在称为全节点。这个软件负责验证和转播网络上的交易和区块。由于无信任环境（开放的互联网）和区块链的性质，每个全节点需要下载并验证每个区块，所以就是在每个区块中验证每一笔交易。

Parity Ethereum 和 Geth 这两个最受欢迎的以太坊客户端，今天都可以在一台中等功率的笔记本电脑上运行。然而，下载和验证整个区块链的区块是需要时间和资源的。例如，现在需要使用 SSD 来完全同步以太坊区块链。HDD 无法跟上每秒所需的输入/输出操作。

全节点使用案例

现在，组织和个人运行全节点是因为他们的业务需要。想想矿工、区块浏览器、交易所。个人用户可能希望运行全节点，因为这是与区块链交互的最安全方式。在一个更小的范围内，他们也可能是纯粹的利他主义来帮助网络。7*24 小时全天候的运行一个全节点需要良好的知识和资源水平，大多数用户不愿意投资是可以理解的。除了矿工，没有什么内置的激励来运行一个全节点，尽管这部分基础设施对网络至关重要。

因此，大多数与区块链交互的用户，不管是否自愿，都会使用一个中心的基础设施。最流行的软件钱包默认依赖于第三方托管的节点。这些客户端连接到远程节点，并以非密码验证的方式完全信任其响应。它的积极方面显然是增强了用户体验，因为这些钱包的用户不需要运行自己的节点。但是，它们被迫信任第三方节点。默认情况下，Metamask、MyEtherWallet 和 MyCrypto 连接到远程节点，但如果用户愿意，仍然允许他们连接到自己的本地节点。这不是 Jaxx 或 Exos 钱包的情况，它们默认连接到远程节点，而没有连接到用户自己的本地节点的选项。这里没有提到移动钱包，因为手机无法运行全节点。

像 Infura 这样的公司致力于运行全节点，并免费提供给那些需要它们的人。抽象出同步一个全节点的麻烦，允许任何用户轻松地访问区块链。这样的解决方案有助于让更多用户能够访问以太坊。然而，尽管这一举措是对生态系统的一个重大补充，但它代表了一个中心化的单一失败点，与去中心化的区块链理念背道而驰。直到几个月前，钱包开发商还没有其他选择。

“我们的目标是创建一个兼容不同程度‘轻’的协议，从几乎不存储任何内容的客户端到几乎存储所有内容的客户端。”

— PIP, Parity Light Protocol（https://wiki.parity.io/The-Parity-Light-Protocol-%28PIP%29）

轻量级替代方案：轻客户端

轻客户端或轻节点是连接到全节点与区块链交互的软件。与全节点对应节点不同，轻节点不需要运行 24/7 或读写区块链上的大量信息。事实上，轻客户端并不直接与区块链交互，而是使用全节点作为中介。轻客户端依赖于全节点去执行许多操作，从请求最新的区块头到请求帐户中的余额。

轻客户端协议的设计方式允许它们以最小信任的方式与全节点交互。这是一个需要理解的关键方面，因此让我们回顾一下以太坊区块链的基础知识：

1. 普通用户使用全节点、轻节点或受信任的远程节点在网络上发送交易。

2. 全节点从网络上的对等节点接收交易，检查这些交易的有效性，并将它们广播到网络。

3. 矿工是连接到特定软件的全节点。他们像一个普通的全节点一样从网络上接收和验证交易，但是会额外投入大量的精力来寻找问题的解决方案，才会被允许生成下一个区块。矿工使用的全节点通过应该将哪个区块添加到区块链并构建在其上达成共识。任何在其上构建了至少 10 个块的块都被认为是安全的，因为它包含的交易被还原的概率非常低。

现在，回到我们的轻客户端。作为起点，轻客户端需要下载区块链的区块头。轻客户端不需要为它对全节点的每个请求去信任全节点。这是因为区块头包含一个名为 Merkle 树根的信息。Merkle 树根就是区块链上有账户余额和智能合约存储的所有信息的指纹。如果有任何微小的信息改变，这个指纹也会改变。假设大多数矿工都是诚实的，那么区块头和他们所包含的指纹就被认为是有效的。轻客户端可能需要从全节点请求信息，例如特定帐户的余额。轻客户端知道每个区块的指纹，就可以验证全节点给出的答案是否与其拥有的指纹匹配。这是一个强有力的工具，可以在事先不知情的情况下证明信息的真实性。

由于轻客户端需要发送多个请求来执行简单的操作，因此所需的总体网络带宽高于全节点的带宽。另一方面，所需的资源和存储量比全节点的资源和存储量低几个数量级，同时实现了非常高的安全级别。只需要大约 100MB 的存储空间和较低的计算能力，轻节点就可以在移动设备上运行！这意味着手机可以以去中心化的方式访问区块链。

因为只需要一个全节点的一小部分信息，所以一个轻节点可以更快地与区块链同步。目前，将整个以太坊主网区块链同步，轻客户端大约只需要一个小时，但节点同步超过几秒对任何应用程序来说都太多了。为轻客户端开发的解决方案可以快速与区块链顶部同步，尽管这些解决方案通常需要权衡。目前，轻客户端在其代码中内置了一个可信的区块链检查点。正因为如此，客户端只需要下载最新的区块头文件，就可以在几秒钟内实现同步。轻客户端用户信任客户端开发人员集成有效的检查点。这种折衷被认为是可以接受的，因为用户已经需要信任客户端实现的开发人员。为了以去中心化的方式快速执行同步，Parity Technologie 目前开发了一种替代解决方案，允许轻客户端以与全节点类似的方式执行扭曲同步（https://wiki.parity.io/Warp-Sync）。

未来，轻客户端会遍布各地。 — Marty McFly

轻客户端的挑战

轻客户端非常适合主流应用，例如发送一些交易和验证帐户余额。对轻客户端的主要批评是，轻客户端不能直接帮助网络。它们不验证除自己需要的信息以外的任何其他信息，也不从网络向其他对等节点提供或转播信息，它们使用来自全节点的资源，而不提供任何的回报。

与全节点相比，轻客户端提供了更好的最终用户体验，同时允许最终用户以去中心化的和安全的方式访问区块链。关键是要找到一种激励个人和机构的方式去运行全节点、服务轻节点、惩罚服务坏数据的恶意全节点。使轻客户端可持续发展的一种方法是让他们对全节点发出的每个请求执行小额支付。在不久的将来，轻客户端将在以太坊分片中扮演重要角色，让验证节点快速同步不同的分片。轻客户端还可用于报告恶意参与者（验证节点或 plasma 权限）。轻客户端对全节点的激励是一个活跃的研究领域，因为激励是生态系统稳定的关键。

有一些很有前途的想法可以让轻客户端快速同步，同时避免前面提到的折衷方案。一种想法是允许全节点提供最新的已知区块头的零知识证明（例如，zk-STARK https://eprint.iacr.org/2018/046.pdf）。然后，轻客户端可以验证它并与链的顶部同步，而无需事先知道区块链的状态。

总之，在短期内，轻客户端将成为去中心化应用程序的骨干，这对用户友好的分布式生态系统来说是一个非常好的消息。