Fabric系统设计和交易流程

公有链和联盟链

区块链发展至今,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,
因此公有链极大的促进了区块链概念和技术的普及,比如比特币、以太坊平台等。
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。

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。

1、证书服务
2、Client+SDK
3、Peer:智能合约、共享账本
4、共识网络:Orderer+Orderer+Orderer

证书服务-共建信任

证书服务,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,甚至为每一笔交易申请一份交易证书。

共识网络-独特何在

区块链共识网络,由Orderer集群组成,用于交易共识并生成区块。
区块链时去中心化的,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中被独立成单独的系统,这样一来,参与共识的节点数变少,共识速度提高,
Fabric共识网络支持多链,即多个区块链账本可以共用一张共识网络,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。

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在一起,进行签名并发回客户端,
其中在模拟执行交易期间产生的数据不会写到账本上。

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,将一批交易打包在一起,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数据

参考文档

两步搞定Hyperledger主打区块链解决方案Fabric
http://rdcqii.hundsun.com/portal/article/661.html

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