前言
Whisper是以太坊中一项非常有趣的技术，它是一个基于身份的通信系统，被设计用于Dapp之间少量数据通信。Whisper协议运行在以太坊p2p协议框架之上，所有运行Whisper协议的节点（以下简称节点）组成一个Whisper网络。通过节点之间的消息转发，理论上，每个节点都可以收到所有Whisper消息。
特性
Whisper具有以下基本特性和概念
通信加密
每一条Whisper消息在网络上都是加密传输的，可以选择非对称加密（椭圆曲线）和对称加密（AES GSM）两种加密算法之一。
Envelope(信封)
Envelope是网络中传输的Whisper消息的基本单位，它包含已加密的原始消息以及消息相关的控制信息：
- Expiry time：消息的超时时刻，过了这个时刻，本消息不会被节点处理或者转发
- TTL：消息的存活时间，一个消息在从被创建起，只能生存TTL的时间，过了这个时间之后，消息在网络中超时
- Topic：消息的主题
- AESNonce：采用AES对称密钥加密算法时使用的Nonce值
- EnvNonce：用于PoW计算
当一个节点从一个Peer收到一个Envelope时，不管它自己管不关心里面的数据（Topic是否符合设置的值）， 它都会将这个Envelope转发给其他Peer，这是Whisper的固有机制。
Topic(主题)
每个Envelope上写明了自己封装消息的Topic，如果一个节点不关心这个Topic，那么它就不需要去试着打开（解密）这个Envelope。通常一个Topic对应一个消息加密时使用的Key（无论是对称还是非对称加密）。所以，如果一个节点收到了一个关心的Topic的Envelope时，它应该能打开这个Envelope
Filter(过滤器)
Dapp 可以在节点上安装多个Filter，每个Filter包含一组条件，只有满足这些条件的Envelope才能被打开，准确的说，不是节点打开Envelope，而是节点上安装的Filter打开Envelope，每个Filter有一个缓冲区可以存储解密后的消息，如果一个Envelope满足多个Filter，那么这个消息会存储在多个Filter中。Filter可以设置以下条件：
- Topics：关心的主题的集合
- Sender address：创建这个消息的节点
- Recipient address：指定接收节点的地址
- PoW requirement：消息需要的工作量证明
- AcceptP2P：节点是否接收P2P消息，这类消息有特殊的用途
Proof of Work(工作量证明)
Proof of Work用来防止节点恶意大量发送消息，采用的算法和PoW共识算法差不多。消息的创建者需要找到一个nonce使得消息的Hash值小于一个值。这个值与消息的大小和TTL有关，消息越大，TTL越大，则找到nonce越困难，计算工作量的公式为
$$ PoW = \dfrac{2*BestBit}{size * TTL} $$
其中$BestBit$为Hash值中从左往右第一个为1的bit所在的位置（这个值越大，则需要尝试nonce的次数越多）
源码分解
本部分主要涉及Whisper filter envelope ，它们的联系如下图：
Whisper
Whisper表示一个协议实例，负责整个Whisper功能的运行，其中比较重要的字段如下：
- protocol － Whisper协议的特定值，最重要的是其中的Run字段，它表示该协议的运行入口
- filter - 本节点安装的所有Filter
- privateKeys - 本节点存储的非对称密钥对的集合，一个Whisper实例可以保存多个密钥对
- symKeys － 本届点存储的对称密钥的集合，一个Whisper实例可以保存多个对称密钥
- envelopes － envelope池，保存所有待广播发送的信封。信封池的存储键值是envelope的Hash
- expirations － 超时池，记录envelope的的过期时间，超时池的存储键值是unix时间，值是envelope的Hash
- peers － 活跃的Peer节点的集合，数据来源是p2p底层
- msgQueue － 普通Whisper消息的envelope处理通道
在以太坊源码分析—p2p节点发现与协议运行提到过，两个节点在底层连接建立后，会运行共同支持的协议的Run函数，对于Whisper协议来说，就是HandlerPeer函数。
HandlePeer最终运行在两个Go routine中，一个是Whisper.runMessageLoop(),它负责从底层读取消息，另一个是Peer.update()，它负责周期性的将envelope池中的未发送的envelope发送到对端并将过期的envelope删除。
Envelope
Envelope表示一个Whisper消息，它有两个来源
- 出方向通过NewEnvelope()构造
- 入方向从Peer节点接收
其重要的字段有
- Topic － Envelope中的数据的主题，节点的Filter可以过滤感兴趣的主题进行解密
- EnvNonce － 消息的创建者在PoW中找到的nonce
- pow － 消息具有的pow值
消息发送的典型过程
以下是本节点广播发送一小段数据payload，封装到Envelope，再加入到Envelope池的过程，其中wh表示Whisper实例
- 首先构造发送参数，包括原始数据payload，主题Topic等
- 利用发送参数构造SentMessage
- 根据发送参数将SentMessage封装到新创建的Envelope，这一步包括签名(sign)加密(encrypt)计算nonce(Seal)
- 将Envelope加入Envelope池
消息接收的典型过程
以下是典型的Whisper消息接收过程，其中w表示Whisper实例
-
w.runMessageLoop()从底层收到
Whisper消息，并解码成Envelope,加入Envelope池，调用postEvent()向w.messageQueue写入这个事件 - 另一方面，当
w通过Start启动后，从w.messageQueue接收事件，开始Filter匹配 - 用已安装的每个Filter去匹配这个Envelope，如果匹配上，就将Envelope打开(解密)，最终将其放入Filter的缓冲区中。
demo
写了一个whipser的chat-room demo，托管在github上，感兴趣可以瞧瞧
有疑问加站长微信联系（非本文作者）
