最近发现一个好玩的数据库项目 OrbitDB，想做一个去中心化的公共动漫元数据库，但其去中心化的实现方式是通过 libp2p 的方式实现的，在开发过程中最难理解和设置的就是 libp2p 相关的内容了，好在这两周官方更新了一篇质量很高的入门教程，能学习到非常多的相关知识。值得我开一篇博客总结一下内容。
WebRTC with js-libp2p
为什么选择 WebRTC#
什么是 WebRTC#
WebRTC，名称源自网页即时通信（英语：Web Real-Time Communication）的缩写，是一个支持网页浏览器进行实时语音对话或视频对话的 API。通过 WebRTC 可以实现浏览器到浏览器直接的 P2P 连接，允许两个浏览器之间直接进行数据传输，并且在目前主流的浏览器中都已经支持 WebRTC 协议，配合 js-libp2p 可以直接让浏览器当作 libp2p 节点加入 libp2p 网络。
JS-libp2p 连通性和连通能力#
libp2p 有很多语言实现方案，但是各个方案目前的实现程度和局限性各不相同，官网提供了目前各语言的实现进度和局限性。
libp2p 实现进度
由于浏览器的限制，浏览器无法直接通过 TCP 和 QUIC 协议进行传输，想要在浏览器中创建独立的 libp2p 节点，目前来看只有 3 个协议可以选择，分别是 WebSocket、WebTansport、WebRTC。然后官网还给出了 libp2p 各协议之间的连通性结果并解释了为什么浏览器不支持 TCP 和 QUIC 协议
libp2p 各协议间连通性
从官网给出的连通性结果，目前 WebSocket 和 WebTransport 只能支持连接到服务器，并不支持连接到浏览器，目前为止在所有实现方案中，只有 js-libp2p 配合 WebRTC 能够实现将浏览器视为独立的节点。
WebRTC 的局限性和解决方案#
在进行 P2P 连接的时候，最重要的问题是如何让两个浏览器相互发现对方，使得节点能够进行后续的连接。为此提供了两个解决方案，分别是 STUN 服务器和 TURN 服务器。
- STUN 服务器：由于网络中有很多的 NAT 结构，使得浏览器很难直接通过公网地址发现对方，STUN 服务器就是帮助浏览器相互发现各自节点，以便于建立相互的连接的服务器，其中有很多免费的公共 STUN 服务器可以选择。
免费的 STUN 公共服务器 - TURN (Relay) 服务器：如果通过浏览器之间无法建立直接的 P2P 连接，即 STUN 服务使得节点相互发现了但仍然无法连接，则可以通过 TURN 服务器转发 P2P 连接的所有流量，也因此 TURN 的使用成本较高，不是很好的选择。
在浏览器进行 P2P 连接的时候，相互可能需要发送一些元数据信息或者对话描述信息，即信令（Signaling）交换。在 WebRTC 标准中没有强制规定这些内容。需要开发者自己去实现信令交换方案。
在 libp2p 中，设计了一个新的方案去解决以上两个问题。通过一个 libp2p relay 节点解决。libp2p relay 节点在网络中充当两个角色，分别为：
- Circuit Relay V2：在浏览器节点无法直接建立 P2P 连接的时候，选择 TURN 服务的成本有太高，Circuit Relay V2 就能够很好的解决这个问题，因为他是去中心化的，让网络中活跃的节点帮助浏览器相互发现彼此，在无法进行 P2P 连接的时候转发所需的流量。
- PubSub Peer Discovery：以上内容解决了节点之间能否连通的问题，而 PubSub Peer Discovery 就是解决了节点之间自动相互连接的问题。GossipSub 模式就是 PubSub Peer Discovery 的一个实现方案，节点通过订阅一个主题，每当有一个新的节点加入，并订阅了相同主题，那么 PubSub Peer Discovery 会向所有订阅该主题的节点广播新节点地址，各节点接受到地址后会尝试与其连接。但需要注意，在一个大型网络中，发送广播是一个资源消耗很大的行为，不合理使用很可能会导致堵塞进而失去可靠性，所以该方案可能不适合在生产环境中使用。
连接流程#
关于两个节点如何创建 P2P 连接，以及 libp2p relay 节点在链接中起到什么作用，官方给出了一张流程图大致描述了工作流程。
关于该流程，大致思路为，两个节点在建立连接的时候，需要先知道 Relay 节点的地址，与 Relay 节点发起 WebSockets 连接，当两个节点成功与 Relay 节点建立稳定连接后，并且订阅了 GossipSub 相同的主题后，Relay 节点会通过 Circuit Relay V2 向网络中订阅了相同主题的节点告知对方的多地址（multiaddr）。多地址是形如以下的地址，
//一个节点的多地址（multiaddr）
//使用WebSocket 端口9001 支持WebRTC
/ip4/127.0.0.1/tcp/9001/ws/p2p/12D3KooWDpJEwVdPBrQf6ZcwRYPzynBU2PZNGTQs3X8uh6FpxRTZ/p2p-circuit/webrtc/p2p/12D3KooWR3oBwBzZxSTd5RTKGJC2WsCxqWumpBUP1WjsixjeMQ9s
//不使用WebSocket 端口9002 支持WebRTC
/ip4/127.0.0.1/tcp/9002/p2p/12D3KooWDpJEwVdPBrQf6ZcwRYPzynBU2PZNGTQs3X8uh6FpxRTZ/p2p-circuit/webrtc/p2p/12D3KooWR3oBwBzZxSTd5RTKGJC2WsCxqWumpBUP1WjsixjeMQ9s
//使用WebSocket 端口9001 不支持WebRTC
/ip4/127.0.0.1/tcp/9001/ws/p2p/12D3KooWDpJEwVdPBrQf6ZcwRYPzynBU2PZNGTQs3X8uh6FpxRTZ/p2p-circuit/p2p/12D3KooWR3oBwBzZxSTd5RTKGJC2WsCxqWumpBUP1WjsixjeMQ9s
//不使用WebSocket 端口9002 不支持WebRTC
/ip4/127.0.0.1/tcp/9002/p2p/12D3KooWDpJEwVdPBrQf6ZcwRYPzynBU2PZNGTQs3X8uh6FpxRTZ/p2p-circuit/p2p/12D3KooWR3oBwBzZxSTd5RTKGJC2WsCxqWumpBUP1WjsixjeMQ9s
最后两个节点会通过多地址尝试建立 WebRTC 连接，完成 P2P 连接。
官方还给出了一张更加详细的 WebRTC 连接流程。
在通过 libp2p relay 节点互相发现对方后，要开始建立 WebRTC 连接了。首先每个节点会从 STUN 服务器获取自身的公共 IP 和端口。然后连接发起节点会根据 STUN 返回的信息创建 RTCPeerConnection 对象（这是一个用于管理 WebRTC 连接状态的对象）并创建 DataChannel 和 SDP（Seesion Description Protoncol，用于描述对话信息）准备发起连接。连接发起者会创建一个 libp2p 中定义的信令（webrtc-singnaling）通过 libp2p Relay 节点向被连接方发送 SDP，当被连接放接受到 SDP 后，同样也会创建一个 RTCPeerConnection 和 SDP 回复给发送方，发送方接受到 SDP 后并记录，至此两个节点完成握手交换 SDP 信息。
然后通过 ICE（Interactive Connectivity Establishment，用于在 P2P 连接中找到最佳连接路径）将对方节点添加到连接管理对象 RTCPeerConnection 中。最后通过 Noise（一种加密通信协议）加密连接通道完成连接。
至此已经大致了解在 libp2p 中是如何通过 WebRTC 解决浏览器节点直接连接的问题，其中涉及到很多名词在以前并不是很了解，所以出现矛盾和差错以官方资料为准。
WebRTC with js-libp2p
libp2p Connectivity
Peers - libp2p
SDP - MDN Web
mutiaddr - libp2p
WebRTC - MDN Web
Circuit Relay - libp2p
lib2p2 signaling-protocol -Github
js-libp2p-pubsub-peer-discovery -Github
至此理论文章已经结束，为了更深入的了解其中的内容，可以继续阅读实践文章
使用 JS 通过 WebRTC 创建 libp2p 网络并相互连接（实践）