作者：买提，Annchain核心开发成员，中科大毕业。负责annchain高性能p2p网络、通信与编码、基于DAG的高效交易同步、交易执行逻辑、wasm虚拟机智能合约平台、rpc等模块的研发以及系统优化。
RLPx为基于TCP 的传输协议，用于以太坊节点之间的安全加密通信。
以太坊p2p网络可以分为三层，从下到上依次分别为：基于udp的邻居发现层、基于tcp的加密通信层和核心协议层。基于udp的邻居发现层使用Kad （Kademlia p2p网络协议）节点发现机制，与网络中的其他节点进行ping pong握手、交换邻居的方式发现邻居，计算节点之间的距离，动态维护邻居表。基于tcp的加密通信层与节点发现层发现的节点进行握手建立安全加密连接，负责对核心层协议提供的数据进行编解码与加解密、安全传输，rlpx为该层实际使用的协议。核心协议层负责将需要发送的业务数据传入加密通信层，并处理从加密通信层收到的业务数据。
RLPx使用了完全前向保密技术（perfect forward secrecy），通信双方生成随机公私钥对，交换各自的公钥，使用自己的随机私钥和对方的公钥生成共享秘密（shared-secret）。后续使用这个共享秘密对称加密传输的数据，即使一方的私钥被泄露，过去的通信还是安全的。
完全前向保密
完全前向保密（perfect forward secrecy）技术是一种秘钥协商协议，保证即使服务器的私钥被泄露，会话秘钥也不会被泄露。前向保密保护过去的会话抵抗秘钥或密码在未来泄露的威胁。为每一次会话产生唯一的会话秘钥，一个会话秘钥的泄露不会影响其它会话中传输的数据安全性。
Diffie-Hellman秘钥交换协议
Diffie-Hellman 秘钥交换 是一种在公共信道中安全交换秘钥的方法，由Whitfield Diffie 与Martin Hellman 在1976年提出。 双方在没有对方任何预先信息的情况下，能够在不安全的信道上建立共享的私钥。该私钥作为对称秘钥用于加密后续的通信数据。Diffie-Hellman 秘钥交换是一种非认证 秘钥交换协议，但为很多认证协议提供了基础，在传输层临时安全中用于前向保密。
ECDH :Elliptic Curve Diffie-Hellman 椭圆曲线Diffie-Hellman 秘钥交换协议
ECDHE:（Ephemeral Elliptic Curve Diffie-Hellman）临时椭圆曲线Diffie-Hellman 秘钥交换协议
ECIES加密
ECIES（Elliptic Curve Integrated Encryption Scheme，椭圆曲线综合加密方案） 作为非对称秘钥 用于RLPx协议握手。在RLPx协议中用到EXIES的以下几个点：
1. 高级加密标准 （Advanced Encryption Standard）AES-128 CTR模式
2.：基于SHA-256哈希函数的哈希消息认证码（Hashed Message Authentication Code）
3.:NIST SP 800-56 级联秘钥导出函数 （Concatenation Key Derivation Function）
4.椭圆曲线 secp256k1 生成元 G。所有椭圆曲线密码学操作都基于secp256k1椭圆曲线。
Alice 想发送一份只有Bob能通过静态私钥 解密的加密消息，需要知道Bob 的公钥
。基本流程为：
1.为了加密消息m，Alice 生成随机数r， 通过secp256k1生成元G， 得到对应的椭圆曲线公钥
2. Alice计算共享秘密 ，其中
为椭圆曲线上的点，且满足
3. 导出加密使用的秘钥和认证秘钥
,
,以及随机初始化向量Iv 。
4. Alice 发送加密消息 给Bob ,其中
，
。
5. Bob 收到消息 , 导出共享秘钥
,其中
, 以及加密和认证秘钥
。
6. Bob 验证认证消息，其中， 解密原始信息，
。
RLPx 协议建立连接
通信双方进行加密握手，生成共享秘密创建加密信道，再进行协议握手。后续业务数据在这个加密信道中传输。
发起者（initator ） 为主动开启TCP连接的一个节点，接受者（Recipient）为接受连接的节点。
节点通过底层的节点发现机制获取对方节点的 ip,tcp地址信息。发起者开启tcp连接。
E 为EXIES 非对称加密函数，Rlpx 加密握手协议如下：
authPacket -> E(remote-pubk, S(ephemeral-privk, static-shared-secret ^ nonce) || H(ephemeral-pubk) || pubk || nonce || 0x0)
authResponsePacket- -> E(remote-pubk, remote-ephemeral-pubk || nonce || 0x0)
static-shared-secret = ecdh.agree(privkey, remote-pubk)
加密握手
发起者的加密握手流程如下：
1.生成一个随机数init-nonce
2.通过ecies生成随机秘钥对 ，随机私钥ephemeral-privk 与随机公钥ephemeral-pubk
3.用自己的私钥privk和对方的公钥remote_pubk 生成静态共享秘密static-shared-secrets
4.将生成的共享秘密static-shared-secrets与随机数init-nonce进行异或运算，得到一个哈希值
5.使用自己的随机私钥ephemeral-privk 对该哈希值进行ECDSA签名计算，得到签名sig
6.将签名sig、自己的公钥pubk 、初始nonce 作为认证信息authMsg。
7.对authMsg进行编码，然后再用对方的公钥remote_pubk进行ecies加密，得到认证数据包authPacket,将数据包通过发送给对方节点
8.等待读取对方节点的响应
9.收到对方响应之后，读取数据，使用自己的私钥privk 进行解密，再进行解码，得到认证响应authRespMsg
10.读取响应nonce, 和对方的随机公钥remote-ephemeral-pubk。
接受者加密握手流程：
1.接收方读取对方发送的加密握手数据包。
2.先通过自己的私钥privk解密数据包，然后进行解码，得到认证数据authMsg。
3.获取对方的remote_pubk， 和nonce。
4.生成随机ECDH 秘钥对, 私钥ephemeral-privk 与公钥ephemeral-pubk。
5.通过自己的私钥privk 和对方的公钥remote-pubk生成协商的静态共享秘密static-shared-secrets
6.用nonce对静态共享秘密进行异或运算得到 签名的消息signedMsg
7.用signedMsg 和authMsg中的签名信息，恢复出对方的随机公钥remote-ephemeral-pubk
8.生成随机数responseNonce, 与随机公钥ephemeral-pubk 作为认证响应authRespMsg
9.对authRespMsg进行编码， 然后用对方的公钥remote-pubk进行加密生成认证响应数据authresponsePacket
10.将authResponsePacket 发送给对方。
计算共享秘密(shared secret)
发起者和接受者在握手完成之后，通过认证消息authPacket 和认证响应消息authRespPacket 计算协商的连接秘密 。 该连接秘密只有在当前连接中有效，所以当一方的私钥被泄露之后，之前的通信消息还是安全的。
计算共享秘密步骤如下：
1.用当前连接的随机私钥ephemeral-privk和对端随机公钥emote-ephemeral-pubk计算一个个ECDH共享秘密：
2. 计算共享秘密:
3.计算AES秘密:
4. 计算消息认证码秘密：
5. 对发起方（initiator），计算出口连接消息认证码
6.对发起方(initiator), 计算入口连接消息认证码
7. 对接收方(Recipient), 计算出口连接消息认证码
8. 对接收方(Recipient)，计算入口连接消息认证码
9. 将对方公钥remote-pubk, aes-secret, mac-secre,egress-mac, ingress-mac 作为当前连接的协商秘密（connection secrets） 用于数据分帧。
协议握手
协议握手发送简单的握手信息，检查对方的响应，判断加密握手是否起作用，同时判断对方是否支持snappy压缩。握手成功则建立连接完成。
数据分帧
加密握手成功之后，在此连接上发送的所有业务信息，都通过连接协商秘密（connection secrets） 按一定格式进行数据分帧。
分帧格式：
frame = header || header-mac || frame-data || frame-mac
header = frame-size || header-data || padding
对于要发送的数据，按如下步骤写入tcp连接：
1. 如果启用了snappy,则用snappy压缩消息内容
2. 将消息大小和类型等写入消息头header
3. 计算消息头认证码header-mac 其中left16()为取前16个字节。
4. 对消息内容加密，写入加密后的的帧数据 frame-data
5. 计算帧消息认证码，并写入
对于从tcp层接受到到数据，按如下步骤读取:
1. 读取32个字节的消息头header
2. 校验header-mac 是否正确
3. 读取消息类型和消息大小
4. 校验frame-mac是否正确
5. 读取消息内容并使用当前连接的秘密(connection secrets)AES解密
6. 如果使用了snappy压缩，则用snappy解压获取消息内容
7. 读取完毕，将消息内容交给上层协议处理
通过密文持续更新egress-mac 与ingress-mac 以及header-mac得到消息认证。
Reference : https://github.com/ethereum/go-ethereum/tree/master/p2p
注: || 为串接 ，^为异或运算。
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