什么是全节点？工作原理是什么？全节点工作原理和常见类型

区块链通常被描述为一个去中心化系统，其中数据并非由单一实体控制。然而，为了使这种模型按预期运行，区块链依赖于一个基础设施层，以确保每笔交易和每个区块都遵循预定义的规则。这个基础设施层就是全节点。

在本文中，我们将探讨什么是全节点，它在区块链网络中如何运行，最常见的部署模型，以及哪些人需要运行全节点，哪些人不需要运行全节点。

一、什么是全节点？

全节点是一种存储区块链网络交易历史记录的节点，包括所有已创建区块的数据。与仅存储区块头的轻节点相比，运行全节点需要更多的资源和更强大的硬件。

全节点的本质不在于它存储了多少数据，而在于它能够独立执行区块链共识规则，无需依赖任何第三方。全节点自行读取数据，独立运行协议软件，并判断区块链的当前状态是否有效。

换句话说，全节点充当着解释和执行区块链网络规则的实体。因此，全节点被广泛认为是维护区块链无需信任特性的基础，而无需信任正是区块链价值的核心属性之一。

二、全节点的工作原理是什么？

区块链本质上是一个分布式网络，由许多不同的节点组成，每个节点都扮演着不同的角色，并承担着不同级别的验证职责。并非所有节点都执行完整的验证过程。完整节点负责执行共识机制的核心规则。

当用户发起交易时，该交易会在网络中广播。对于完整节点而言，交易处理通常包括以下步骤：

• 验证数字签名以确保交易是由合法所有者创建的
• 检查账户余额和状态以防止重复支出
• 验证涉及智能合约的交易的状态逻辑（如适用）
• 将有效交易存入称为内存池的临时内存存储，并将其转发给其他节点。

现阶段，交易尚未永久记录在区块链上。只有当交易被包含在新的区块中时，才被视为最终完成。当矿工或验证者提议一个区块时，完整节点会收到该区块并执行独立的验证过程。

完整节点对区块进行验证包括：

• 检查块结构和协议特定技术参数
• 验证区块中包含的每一笔交易
• 确保状态更新符合共识逻辑
• 验证系统约束，例如资产发行规则或交易费用

该图描述了区块链中一般的交易处理流程。实际上，并非所有节点都会验证交易和区块。共识规则的全面执行和有效区块的接受均由全节点完成。

需要注意的一点是，区块链并非通过节点对单个交易进行投票来达成共识。相反：

• 只有矿工或验证者才有权提议区块。
• 完整节点负责接受或拒绝区块。
• 只有当完整节点识别出有效区块后，该区块才能成为区块链的一部分。

如果一个区块违反了任何规则，无论该区块是谁创建的，或者有多少其他节点接受了它，完整节点都会拒绝它。

这种独立验证和存储数据的能力使完整节点能够维护区块链的安全性、去中心化性和弹性，即使在网络分 裂、许多节点离线或系统遭受攻击的情况下也是如此。

三、全节点分类

在实践中，可以根据全节点的数据存储方式及其在区块链网络中扮演的角色对其进行分类。在这种方法下，全节点分为两大类：归档节点和修剪节点，更专业的节点模型可能由此衍生而来。

1、归档节点

归档节点是一种全节点，它存储完整的 区块链历史记录，从创世区块到最新生成的区块，包括每个时间点的状态数据。这使得归档节点能够检索和重建任何历史区块的区块链状态。

由于归档节点维护着全面的数据，因此它们通常是需要高可靠性、历史数据访问或深度参与网络操作的节点模型的基础。

从归档节点中，可能会出现以下角色：

• 挖矿节点：在工作量证明（PoW）区块链中，挖矿节点是配置了挖矿功能的归档节点。除了像完整节点一样验证数据外，挖矿节点还参与解决共识难题，以提出新的区块并获得奖励。
• 主节点：主节点是某些区块链网络中的一种归档节点，旨在提供高级服务，例如快速交易、隐私功能或其他特殊功能。主节点通常不直接生成区块，而是专注于服务层和网络治理。
• 质押节点：在权益证明（PoS）区块链中，质押节点是参与质押机制并成为验证者的存档节点。这些节点维护完整的区块链数据，并有资格根据质押资产和网络特定标准来验证或提议区块。
• 权威节点：权威节点出现在权威证明（PoA）区块链中。这些预先指定的归档节点负责验证区块并维护网络运行。它们的权威性来源于治理结构，但从技术上讲，它们仍然拥有完整的节点功能。

2、修剪节点

修剪节点是指配置为限制存储空间使用量的完整节点。该节点在同步期间会下载整个区块链以进行验证，但之后会删除不再需要用于维护当前区块链状态的旧数据。

经过修剪的节点保留了完整的验证能力，并能独立参与网络，但它们不适用于深度历史数据查询。当存储资源有限，但又必须优先保证数据完整性和安全性时，通常会使用这类节点。

四、为什么要运行完整节点

运行完整节点可以提高数据可靠性，增强网络安全，并且在某些区块链生态系统中，还能为节点运营商提供经济激励。

首先，全节点独立验证区块和交易，无需依赖第三方 RPC 提供商。这确保了对链上数据的无需信任访问，降低了审查风险，并提高了系统可靠性，尤其适用于生产应用。

其次，全节点直接促进去中心化和网络安全。它们通过在本地执行共识规则，有助于防止无效的状态转换，并降低集中控制或网络故障的风险。

第三，虽然并非所有区块链都会奖励基本的完整节点，但许多 网络会 在节点参与验证或质押时提供激励措施：

• 比特币：非挖矿全节点没有直接奖励，其主要价值在于主 权和安全性。
• 以太坊：完整节点本身不获得奖励，但验证节点通过质押可获得约 3%-5% 的年化收益率。
• Solana、Cosmos 和 Polkadot：验证节点获得质押奖励，年化收益率通常在 6% 到 15% 之间，具体取决于网络状况。

最后，对于需要准确、实时区块链数据而无需依赖中介机构的企业、交易所和钱包提供商而言，全节点在运营上非常重要。

总体而言，运行完整节点能够通过提高自主性、安全性和参与基于激励的网络角色，带来长期的战略 价值。

注意：并非所有完整节点都相同。在许多权益证明（PoS）区块链中，完整节点可以通过质押代币参与共识，成为验证节点。验证节点仍然维护完整的区块链，但除此之外，它们还会生成区块并获得奖励。

五、谁应该运行全节点？

并非所有区块链用户都需要运行完整节点。然而，在某些情况下，运行完整节点在可靠性、安全性和自主性方面具有明显的优势。

• 开发者：构建区块链应用的开发者可以通过运行全节点直接访问准确的链上数据，而无需依赖第三方 RPC 服务。全节点可以降低数据不一致的风险，并支持调试、测试和部署工作流程。
• 企业：交易所、钱包、支付服务和数字资产托管平台通常运行自己的全节点，直接从区块链验证交易和余额，而不是依赖中间数据源。
• 验证者、矿工或质押者：在大多数区块链中，参与验证或区块生产需要节点运行完整的节点功能。这确保了共识决策基于有效且最新的数据。
• 研究机构：分析公司、研究团队和区块链浏览器运营商依靠完整节点，特别是存档节点，来查询历史数据、分析网络行为并跟踪状态随时间的变化。
• 注重安全性的用户：奉行“不信任，要验证”原则的个人可以选择运行完整节点来独立验证交易和区块链状态，而无需依赖中心化的基础设施提供商。

六、哪些人不需要运行完整节点？

并非所有区块链用户都需要运行完整节点。在许多情况下，这样做会消耗大量资源，却无法带来相应的收益。

• 执行基本交易的普通用户，例如转移代币、使用钱包或与标准dApp交互。
• 主要关注价格、持有资产且不需要深度链上数据访问的个人投资者。
• 注重便利性且乐于依赖钱包或第三方 RPC 服务的用户。
• 不需要对区块链数据进行独立验证或直接控制的用户。

在这些情况下，轻节点或现有基础设施服务通常足以满足使用需求。

七、结论

许多独立的完整节点的存在是区块链维持长期安全性、去中心化和弹性的先决条件。

了解完整节点不仅可以阐明区块链系统的运行方式，还可以更准确地评估任何区块链网络中真正的去中心化程度。

八、常见问题解答 

Q1. 完整节点和归档节点有什么区别？

完整节点使用共识规则独立验证交易和区块，而轻节点依赖其他节点进行验证，并且只存储有限的区块链数据。

Q2. 运行完整节点会获得区块奖励吗？

单独运行一个完整节点不会产生奖励。只有当节点还承担挖矿、验证或质押等角色时，才能获得奖励，具体取决于区块链。

Q3. 全节点能否在没有互联网连接的情况下运行？

完整节点需要连接互联网才能同步数据、接收新交易和验证区块。如果没有网络连接，它就无法与网络保持同步。

Q4. 运行完整节点与运行验证器是否相同？

不。全节点负责验证区块链数据，而验证节点参与区块生成。验证节点必须具备全节点的功能，但并非所有全节点都是验证节点。

Q5. 全节点如何提高区块链的去中心化程度？

通过独立验证区块并拒绝无效数据，全节点可以防止对中心化基础设施的依赖，并有助于在整个网络中分散信任。

Q6. 经过修剪的节点还能独立验证区块链吗？

是的。修剪后的节点会移除旧数据以节省存储空间，但仍然像标准的完整节点一样验证区块并执行共识规则。

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