两步搞定Hyperledger主打区块链解决方案Fabric

柳正龙
原创 21203       2017-02-21  
区块链技术发展至今,形成了公有链和联盟链两种主流技术平台。

公有链 面向大众,用户可以匿名参与,非常方便,账本数据也公开,加上强大的智能合约,因此公有链极大地促进了区块链概念和技术的普及,比如比特币、Ethereum平台等。

联盟链 考虑到商业应用对安全、隐私、监管、审计、性能的需求,提高准入门槛,增加了安全、隐私、可监管审计等商业特性,是区块链技术在商业领域的应用探索。

本文将通过系统介绍,帮你两步搞定符合Hyperledger协议规范的联盟链实现技术:Fabric

第一步:读懂系统设计

Fabric系统主要由两个应用构成:Orderer和Peer,其中Orderer负责交易共识并生成区块,Peer节点负责模拟执行交易和记账。这种划分可以使整个平台拥有更好的弹性和扩展性。

Peer和Orderer都是模块化设计,重要模块支持插拔,比如共识机制、合约执行环境、加密算法、证书服务模块等。模块化的设计让企业可以利用现有IT设施来替换部分Fabric模块。

Fabric架构如下图:

证书服务——共建信任
上图中最左边是证书服务系统,主要提供会员注册和证书颁发功能,Fabric系统的参与方都必须经过授权,比如Orderer、Peer、Client等都需要拥有受信任的证书。

证书一方面用于系统接入,另一方面用于交易签名。所以统一的证书服务非常重要。

会员证书又分为注册证书和交易证书,注册证书与会员信息关联在一起,用于标识会员的身份,在必要的时候,还可以支持监管和审计;交易证书用于交易签名,之所以交易要用不同的证书,是为了避免会员的个人信息和交易信息被泄露,比如交易内容或者多笔交易之间的关联关系等,另外交易证书可以申请多份,甚至可以为每一笔交易申请一份交易证书。

▪ 共识网络——独特何在?
上图中最右侧为区块链共识网络,由Orderer集群组成,用于交易共识并生成区块。区块链是去中心化的,意味着需要多方一起参与交易排序,生成区块。

Orderer目前支持SBFT和Kafka两种共识机制,其中SBFT是拜占庭容错算法PBFT的简化版,能够容忍部分节点故障,Kafka是一个中心化的排队服务,能提供更高的性能,两种共识算法分别适用于不同的场景,用户还可以定制自己的共识模块。

和其他区块链系统不同的是,交易共识在Fabric中被独立成为单独的系统,这样一来,参与共识的节点数变少,共识速度得到提高,Fabric的共识网络支持多链,即多个区块链账本可以共用同一张共识网络,降低系统部署和运维成本。

▪ 区块链节点——便捷调用
区块链节点Peer主要功能是调用智能合约执行交易和记账。

>>智能合约

智能合约是运行于区块链上的应用程序,Fabric的智能合约称为链码,分为系统链码和用户链码,系统链码用来实现系统层面的功能,包括系统的配置,用户链码的部署、升级,用户交易的签名和验证策略等。用户链码实现用户的应用功能。

链码被编译成一个独立的应用程序,运行于隔离的Docker容器中,在链码部署的时候会自动生成合约的Docker镜像。

链码支持采用Go、Java、Nodejs编写,并提供相应的中间层供链码使用,链码可以使用GetState和PutState接口和Peer节点通信,存取K-V数据 。


>>共享账本
共享账本包括区块文件和K-V状态数据,区块文件存储在本地文件系统,由Peer节点负责写入,文件内容是排序后的区块数据,每个文件有大小限制,存储一定数量的区块,区块由交易共识系统产生,包含一条或多条交易


K-V状态数据提供给链码存取使用,采用LevelDB存储。


第二步:熟悉交易流程
>>客户端构造交易提案
客户端构造交易提案,发送给一个或多个Peer节点,交易提案中包含本次交易要调用的合约标识、合约方法和参数信息以及客户端签名等。



>>Peer节点模拟执行交易
Peer节点收到交易提案后,会模拟执行交易,然后将原始交易提案和执行结果打包到一起,进行签名并发回给客户端,其中在模拟执行交易期间产生的数据修改不会写到账本上。


>>客户端打包
客户端收到各个Peer的应答后,打包到一起组成一个交易并签名,发送给Orderer。


>>共识排序,生成新区块
Orderer对接收到的交易进行共识排序,然后按照区块生成策略,将一批交易打包到一起,生成新的区块,发送给Peer节点。


>>交易校验
Peer节点收到区块后,会对区块中的每笔交易进行校验,检查交易依赖的输入输出是否符合当前区块链的状态,完成后将区块写入账本,并修改K-V状态数据。

通过上面的介绍,读者能够了解到区块链平台的基本框架、关键组件以及交易流程,后续笔者将进一步介绍Fabric系统的使用,敬请关注。

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