Python從頭實(shí)現(xiàn)以太坊系列索引：
一半等、Ping
二扁掸、Pinging引導(dǎo)節(jié)點(diǎn)
三、解碼引導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)
四帜羊、查找鄰居節(jié)點(diǎn)
五、類-Kademlia協(xié)議
六鸠天、Routing

這是我寫的從頭完整實(shí)現(xiàn)以太坊協(xié)議系列的第三部分（第一部分讼育，第二部分）。我們目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了以太坊發(fā)現(xiàn)協(xié)議——用于查找其他可以與之進(jìn)行區(qū)塊鏈同步的節(jié)點(diǎn)的算法稠集。我們已經(jīng)能夠ping通引導(dǎo)節(jié)點(diǎn)——寫在源代碼里面的奶段，用于查找其他節(jié)點(diǎn)的起始端點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)響應(yīng)了一條消息剥纷，但是我們還未對(duì)它進(jìn)行解碼痹籍。今天我們就要來解碼這個(gè)引導(dǎo)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)的消息。

到https://github.com/HuangFJ/pyeth下載本項(xiàng)目代碼：
git clone https://github.com/HuangFJ/pyeth

數(shù)據(jù)解包

這一節(jié)晦鞋，我們將寫一些函數(shù)用來將RLP編碼的PingNode和Pong消息解包為Python對(duì)象蹲缠。這些方法將在哈希和簽名驗(yàn)證后，讀取消息數(shù)據(jù)悠垛。我們已經(jīng)定義了PingNode類线定，現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)Pong類。

在RLPx規(guī)范中确买，Pong被定義成：

Pong packet-type: 0x02
struct Pong
{
    Endpoint to;
    h256 echo;
    uint32_t timestamp;
};

讓我們?cè)?code>pyeth/discovery.py里寫一個(gè)此結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的類：

class Pong(object):
    packet_type = '\x02'

    def __init__(self, to, echo, timestamp):
        self.to = to
        self.echo = echo
        self.timestamp = timestamp

    def __str__(self):
        return "(Pong " + str(self.to) + " <echo hash=""> " + str(self.timestamp) + ")"

    def pack(self):
        return [
            self.to.pack(),
            self.echo,
            struct.pack(">I", self.timestamp)]

    @classmethod
    def unpack(cls, packed):
        to = EndPoint.unpack(packed[0])
        echo = packed[1]
        timestamp = struct.unpack(">I", packed[2])[0]
        return cls(to, echo, timestamp)

這個(gè)類把包結(jié)構(gòu)編碼為Python對(duì)象斤讥，packet_type作為類字段，并將to湾趾，echo和timestamp傳遞給構(gòu)造函數(shù)芭商。我添加了一個(gè)__str__方法用于打印對(duì)象，這里要用到to撑帖，它是一個(gè)EndPoint對(duì)象蓉坎，它也要一個(gè)__str__方法。我們定義為：

class EndPoint(object):
    ...    
    def __str__(self):
        return "(EP " + self.address.exploded + " " + str(self.udpPort) + " " +  str(self.tcpPort)  + ")"
    ...

回到Pong類胡嘿。就如第一部分以及RLP規(guī)范所述蛉艾，pack方法把對(duì)象轉(zhuǎn)為item格式供rlp.encode消費(fèi)，item是二進(jìn)制字符串或者多個(gè)item的列表衷敌。我們需要編碼to勿侯，echo和timestamp。對(duì)于to缴罗，我們可以用to.pack()助琐，因?yàn)?code>item的定義是遞歸的。接著面氓，echo已經(jīng)是字符串兵钮，因此它不需要再轉(zhuǎn)化蛆橡。最后，我用帶有>I參數(shù)的struct.pack將timestamp編碼為大端無符號(hào)32位整型掘譬。

unpack方法是pack的逆過程泰演。對(duì)于to，我們用下面定義的EndPoint unpack來解碼:

class EndPoint(object):
    ...
    @classmethod
    def unpack(cls, packed):
        udpPort = struct.unpack(">H", packed[1])[0]
        tcpPort = struct.unpack(">H", packed[2])[0]
        return cls(packed[0], udpPort, tcpPort)

tcpPort和udpPort用struct.unpack取回葱轩，IP地址以字符串格式傳遞睦焕，由ip_address的構(gòu)造函數(shù)處理。

因?yàn)?code>echo被定義為h256靴拱，256字節(jié)的哈希垃喊，它可以解包成自己本身。timestamp被用struct.unpack解包成大端32位整型袜炕。

我們還需要定義PingNode的__str__和unpack方法本谜，如下：

class PingNode(object):
    packet_type = '\x01';
    version = '\x03';
    def __init__(self, endpoint_from, endpoint_to, timestamp):
        self.endpoint_from = endpoint_from
        self.endpoint_to = endpoint_to
        self.timestamp = timestamp

    def __str__(self):
        return "(Ping " + str(ord(self.version)) + " " + str(self.endpoint_from) + " " + str(self.endpoint_to) + " " +  str(self.timestamp) + ")"


    def pack(self):
        return [self.version,
                self.endpoint_from.pack(),
                self.endpoint_to.pack(),
                struct.pack(">I", self.timestamp)]

    @classmethod
    def unpack(cls, packed):
        assert(packed[0] == cls.version)
        endpoint_from = EndPoint.unpack(packed[1])
        endpoint_to = EndPoint.unpack(packed[2])
        return cls(endpoint_from, endpoint_to)

對(duì)PingNode構(gòu)造函數(shù)的修改會(huì)牽涉到PingServer的ping方法，此處也應(yīng)做相應(yīng)修改：

def ping(self, endpoint):
    ping = PingNode(self.endpoint, endpoint, time.time() + 60)
    message = self.wrap_packet(ping)
    print "sending " + str(ping)
    self.sock.sendto(message, (endpoint.address.exploded, endpoint.udpPort))

解碼響應(yīng)消息

回顧一下我們第一部分討論的在RLPx規(guī)范中的消息排列（||是連接符號(hào)）：
hash || signature || packet-type || packet-data

在這一節(jié)偎窘，我們檢查消息的哈希和簽名耕突，如果都有效，才根據(jù)packet-type解碼不同類型的消息评架。在pyeth/discovery.py中，我們的包監(jiān)聽函數(shù)udp_listen被定義在PingServer里面：

def udp_listen(self):
    def receive_ping():
        print "listening..."
        data, addr = self.sock.recvfrom(1024)
        print "received message[", addr, "]"

    return threading.Thread(target = receive_ping)

我將把receive_ping拆分為更通用的函數(shù)炕泳，名稱叫做receive纵诞，它將用于包解碼：

def udp_listen(self):
    return threading.Thread(target = self.receive)

def receive(self):
    print "listening..."
    data, addr = self.sock.recvfrom(1024)
    print "received message[", addr, "]"

    ## decode packet below

現(xiàn)在我們要填充## decode packet below這一行以下的代碼，從解碼哈希開始培遵。我們把下面的代碼添加到receive函數(shù)：

## verify hash
msg_hash = data[:32]
if msg_hash != keccak256(data[32:]):
    print " First 32 bytes are not keccak256 hash of the rest."
    return
else:
    print " Verified message hash."

第二步就是驗(yàn)證secp256k1簽名浙芙。首先我們用secp256k1庫(kù)把簽名反系列化成對(duì)象，然后我們從簽名里面取回公鑰籽腕，然后我們用公鑰來驗(yàn)證簽名嗡呼。為了反系列化，我們使用服務(wù)器私鑰priv_key的ecdsa_recoverable_deserialize方法皇耗。我們之前用sig_serialized[0] + chr(sig_serialized[1])編碼簽名南窗，第一項(xiàng)是64字節(jié)，第二項(xiàng)是1字節(jié)郎楼。因此我們需要抓取哈希之后的65字節(jié)万伤，接著把簽名分成64字節(jié)和1字節(jié)的參數(shù)并對(duì)最后一個(gè)字節(jié)使用ord函數(shù)——chr的逆過程。

## verify signature
signature = data[32:97]
signed_data = data[97:]
deserialized_sig = self.priv_key.ecdsa_recoverable_deserialize(signature[:64],
                                                               ord(signature[64]))

為了取回公鑰呜袁，我們使用ecdsa_recover敌买。還記得我們之前用raw = True告訴算法我們使用自己的keccak256哈希算法替代函數(shù)默認(rèn)的哈希算法嗎。

remote_pubkey = self.priv_key.ecdsa_recover(keccak256(signed_data),
                                            deserialized_sig,
                                            raw = True)

現(xiàn)在我們創(chuàng)建PublicKey對(duì)象來存儲(chǔ)公鑰阶界。我們要在文件頭部引入這個(gè)類：
from secp256k1 import PrivateKey, PublicKey
回到receive虹钮，我們繼續(xù)編寫：

pub = PublicKey()
pub.public_key = remote_pubkey

現(xiàn)在我們可以使用ecdsa_verify驗(yàn)證signed_data是否被deserialized_sig簽名過：

verified = pub.ecdsa_verify(keccak256(signed_data),
                            pub.ecdsa_recoverable_convert(deserialized_sig),
                            raw = True)

if not verified:
    print " Signature invalid"
    return
else:
    print " Verified signature."

最后一步就是解包消息聋庵。具體用什么函數(shù)由packet_type字節(jié)確定。

response_types = {
    PingNode.packet_type : self.receive_ping,
    Pong.packet_type : self.receive_pong
}

try:
    packet_type = data[97]
    dispatch = response_types[packet_type]
except KeyError:
    print " Unknown message type: " + data[97]
    return

payload = data[98:]
dispatch(payload)

我們將receive_ping和receive_pong保持簡(jiǎn)單芙粱，就如PingServer的其他函數(shù)祭玉。

def receive_pong(self, payload):
    print " received Pong"
    print "", Pong.unpack(rlp.decode(payload))

def receive_ping(self, payload):
    print " received Ping"
    print "", PingNode.unpack(rlp.decode(payload))

讓我們運(yùn)行python send_ping.py檢查一下看看程序如何運(yùn)行。你應(yīng)該會(huì)看到：

sending (Ping 3 (EP 52.4.20.183 30303 30303) (EP 13.93.211.84 30303 30303) 1501093574.21)
listening...
received message[ ('13.93.211.84', 30303) ]:
 Verified message hash.
 Verified signature.
 received Pong
 (Pong (EP 52.4.20.183 30303 30303) <echo hash=""> 1501093534)

我們已經(jīng)成功驗(yàn)證和解碼了Pong消息宅倒。下次攘宙，我們將實(shí)現(xiàn)FindNeighbors消息和Neighbors響應(yīng)消息。