PEER:超級賬本：基本架構及運作機制_FAB

區塊鏈大致可分為公有鏈和聯盟鏈。聯盟鏈是現有中心化商業團體聯盟之間進行商業活動的手段和渠道。

HyperledgerFabric是由IBM牽頭發起的一個代表性的聯盟鏈項目，于15年底移交給Linux基金會維護，成為開源項目。Hyperledger基金會的成員包括IBM，Intel，思科等。

Fabric架構演變

Fabric的架構目前經歷了兩個版本的演進，最初的0.6版本只能被用來做商業驗證，無法被應用于真實場景中。主要原因就是結構簡單，基本所有的功能都集中在peer節點，在擴展性、安全性和隔離性方面有著天然的不足，如圖1所示。在后來推出的1.0正式版中，將peer節點的功能進行分拆，把共識服務從peer節點剝離，獨立為Orderer節點提供可插拔共識服務。更為重要的一個變化就是加入了多通道功能，可實現多業務隔離，因此在0.6版本的基礎上有了質的飛躍。

圖1Fabricv0.6架構

概念術語

Auditability：在一定權限和許可下，可以對鏈上的交易進行審計和檢查。

動態 | 超級賬本支持項目擴展至15個:12月14日，在由互鏈脈搏主辦的IN-CHAIN 2019全球區塊鏈峰會上，超級賬本中國社區經理龍文選介紹了超級賬本的發展。他表示：“除了最早由IBM貢獻的Fabric之外，目前總計有15個項目，包括今年6月接受的第一個公鏈項目BESU、符合中國國密算法的URSA、由華為貢獻的CALIPER等。”除此之外，龍文選還介紹到，超級賬本成立了中國技術工作組TWGC，以及推出了認證服務供應商計劃，首批通過的6家公司為螞蟻金服、眾享比特、埃森哲、紙貴科技、IBM和Chainyard。[2019/12/14]

CertificateAuthority：負責身份權限管理，又叫MemberService或IdentityService。

Chaincode：區塊鏈上的應用代碼，擴展自“智能合約”的概念，支持Go、Node.js等編程語言，運行在隔離的容器環境中。

Orderer：Fabric1.0架構中的共識服務角色，可以對交易進行排序，批量打包，生成區塊，發給Peer節點。一個區塊鏈網絡中有多個Orderer節點，它們共同提供排序服務。排序服務可以通過不同的方式實現，從一個中心化的服務,到分布式協議。

動態 | 法國各地法院文員將使用IBM超級賬本區塊鏈:據coindesk報道，法國各地的法院文員將很快在IBM建立的超級賬本區塊鏈上記錄不同公司的法律地位變化。IBM周四表示，全國文員辦公室（NCC）項目已經接受了四名法院文員和IT提供商的測試，該系統計劃在2019年上半年全面投入生產。文員將使用該系統分享有關公司經歷的困難以及其狀態變化的監管信息，例如公司注冊法院辦公室的變更、名稱變更和新的分支機構。[2019/3/15]

Endorser：Fabric1.0架構中的一類peer節點角色，負責檢驗某個交易是否合法，是否愿意為之簽名背書。

Committer：Fabric1.0架構中的另一類peer節點角色，負責對orderer排序后的交易進行檢查，選擇合法的交易執行并寫入存儲。

EnrollmentCertificateAuthority：負責成員身份相關證書管理的CA。

TransactionCertificateAuthority：負責維護交易相關證書管理的CA。

動態 | Linux基金會“超級賬本項目”推出用于創建供應鏈項目的框架:據techcrunch報道，Linux 基金會的“超級賬本項目”（Hyperledger Project）本來完全專注于區塊鏈，但今天早上它卻推出了一個用于創建供應鏈項目的框架，并且不希望區塊鏈成為此類項目的焦點。實際上，Linux 基金會就謹慎地指出，該項目并非專門針對區塊鏈，而是為廣泛解決供應鏈數字化問題提供一個基本框架。[2019/1/23]

WorldState：一個鍵值數據庫，用于存放鏈碼執行過程中涉及到的狀態變量。

Fabricv1.0架構

Fabricv1.0的架構如圖2所示。

圖2Fabricv1.0架構

Fabric聯盟鏈中有兩種類型的節點：Peer節點和Orderer節點。Chaincode部署在Peer節點上，它對賬本進行讀寫操作。一個Peer節點可以充當多種角色，如背書者endorser,提交者committer。一個區塊鏈網絡中會有多個Peer節點。

動態 | 波士頓聯儲正圍繞超級賬本開源技術進行概念驗證:據TrustNode報道，波士頓聯儲信息技術副主席Paul Brassil近日表示，自2016年以來，波士頓聯儲一直在探索區塊鏈技術，從以太坊及其智能合約開始，然后在前往英格蘭銀行訪問之后，轉想了被許可的Hyperledger協議。波士頓聯儲正積極試驗區塊鏈技術，目前正圍繞開源技術超級賬本Fabric進行概念驗證，并且計劃在今年晚些時候發布一份關于他們正在進行的項目的白皮書。[2018/7/25]

Orderer提供了通向客戶端和Peer節點的共享通信通道。提供了包含交易的消息廣播服務。客戶端可以通過這個通道向所有的節點廣播消息。通道可以向連接到該通道的節點投遞(deliver)消息。

Orderer服務支持多通道。客戶端和Peer節點可以連接到一個給定的通道，并通過給定的通道發送和接收消息。多通道使得給定的peer集合接收包含相關交易的區塊，從而與其他交易完全隔離，實現數據隔離和保密。如圖3所示，peer1,peer2和peerN訂閱紅色通道，共同維護紅色賬本;peer1和peerN訂閱藍色通道并維護藍色賬本;peer2和peer訂閱黑色通道上，共同維護黑色賬本。

騰訊云加入超級賬本 共同探索區塊鏈技術應用:近日，騰訊云正式加入Linux基金會旗下Hyperledger(超級賬本)開源項目，成為全球領先的區塊鏈組織中的一員。現階段，超級賬本旗下有超過185家成員機構，孵化了9個企業區塊鏈和分布式賬本技術，其中包括Hyperledger Fabric、Hyperledger Iroha, Hyperledger Indy, Hyperledger Burrow, Hyperledger Quilt、以及Hyperledger Sawtooth等等。[2018/1/29]

圖3多通道

鏈碼

鏈碼可以認為是Fabric提供的智能合約，是上層應用與底層區塊鏈平臺交互的媒介。

所有的鏈碼都繼承兩個接口，init和invoke。init接口用于初始化合約，在整個鏈碼的生命周期里，該接口僅僅執行一次。invoke接口是編寫業務邏輯的唯一入口，雖然只有一個入口，但是可以根據參數傳遞的不同自由區分不同業務邏輯。合約接口能獲得數據分為三類：合約輸入參數；與狀態數據庫和歷史數據庫交互；與其他合約的交互。

Fabric1.0交易流程

Fabric上的交易交易分兩種：部署交易和調用交易。

部署交易：把Chaincode部署到peer節點上并準備好被調用，當一個部署交易成功執行時，Chaincode就被部署到peer節點上。

調用交易：客戶端應用程序通過Fabric提供的API調用先前已部署好的某個chaincode中的函數執行交易，并相應地讀取和寫入K-V數據庫，返回成功或者失敗。

如下圖所示，開發者創建客戶端應用和Chaincode，Chaincode被部署到區塊鏈網絡的Peer節點上面。通過Chaincode來操作賬本，當調用一個交易時，實際上是在調用Chaincode中的一個函數方法，令它實現業務邏輯，并對賬本進行get,put,delete操作。客戶端應用提供用戶交互界面，并提交交易到區塊鏈網絡上。Fabric1.0交易流程如下圖所示：

圖4交易流程

客戶端構造交易提案

客戶端應用程序利用任意SDK構造交易提案propose。該提案是一個調用智能合約功能函數的請求，用來確認哪些數據可以讀取或寫入賬本。客戶端把交易提案發送給一個或多個Peer節點，交易提案中包含本次交易要調用的合約標識、合約方法和參數信息以及客戶端簽名等。

背書節點模擬執行交易

背書節點endorser收到交易提案后，驗證簽名并確定提交者是否有權執行操作。背書節點將交易提案的參數作為輸入，在當前狀態K-V數據庫上執行交易，生成包含執行返回值、讀操作集合和寫操作集合的交易結果，這些值的集合、背書節點的簽名和背書結果作為提案的結果返回給客戶端SDK，SDK解析這些信息判斷是否應用于后續的交易。

客戶端把交易發送到共識服務節點

應用程序驗證背書節點簽名，并比較各節點返回的提案結果，判斷提案結果是否一致以及是否參照指定的背書策略執行。客戶端收到各個背書節點的應答后，打包到一起組成一個交易并簽名，發送給Orderers。

共識排序，生成新區塊，提交交易

Orderers對接收到的交易進行共識排序，然后按照區塊生成策略，將一批交易打包到一起，生成新的區塊，調用deliverAPI投遞消息，發送給提交節點。Committer收到區塊后，會對區塊中的每筆交易進行校驗，檢查交易依賴的輸入輸出是否符合當前區塊鏈的狀態，完成后將區塊追加到本地的區塊鏈，并修改K-V狀態數據庫。

補充說明

超級賬本V1.0將執行鏈碼的節點與決定出塊順序的節點相分離。每個peer維護分布式賬本的一個copy，orderers則僅提供共識排序服務，而不必維護賬本的copy。

clients首先要將交易提交給peers的一個子集執行chaincode。必須有足夠多的endorsers背書一致后，clients才將更新后的狀態以及背書簽名等提交給orderers。orderers通過共識協議輸出block的排序。最后，所有的peers再對背書進行驗證。從而：鏈碼的執行可以在共識排序前完成；不需要所有的peers都執行所有的鏈碼。

clients判斷提案結果是否一致主要是為了消除非確定性的影響。這主要是因為交易的執行可能因為種種原因而分叉，如果client發現大多數endorsers的執行結果不一致時，它就會認為該交易的結果是非確定性的，這筆交易也就作廢了。

Fabric的優勢

Fabric采用模塊化架構把交易處理劃分為3個階段：通過Chaincode進行分布式業務邏輯處理和協商；交易排序(orderders)；交易的驗證和提交(committers)。這樣劃分帶來的好處：不同的階段由不同的節點參與，不需要全網的節點都參與。網絡的性能和擴展性得到優化。Peer節點和Orderder節點可以獨立擴展，并可以動態增加。此外，Fabric提供可插拔架構，其共識機制和加密算法均是可插拔的，可以根據實際情況選擇替換。

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