PEER:超级账本:基本架构及运作机制

区块链大致可分为公有链和联盟链。联盟链是现有中心化商业团体联盟之间进行商业活动的手段和渠道。

HyperledgerFabric是由IBM牵头发起的一个代表性的联盟链项目,于15年底移交给Linux基金会维护,成为开源项目。Hyperledger基金会的成员包括IBM,Intel,思科等。

Fabric架构演变

Fabric的架构目前经历了两个版本的演进,最初的0.6版本只能被用来做商业验证,无法被应用于真实场景中。主要原因就是结构简单,基本所有的功能都集中在peer节点,在扩展性、安全性和隔离性方面有着天然的不足,如图1所示。在后来推出的1.0正式版中,将peer节点的功能进行分拆,把共识服务从peer节点剥离,独立为Orderer节点提供可插拔共识服务。更为重要的一个变化就是加入了多通道功能,可实现多业务隔离,因此在0.6版本的基础上有了质的飞跃。

图1Fabricv0.6架构

概念术语

Auditability:在一定权限和许可下,可以对链上的交易进行审计和检查。

美国银行:3月非农可能促使美联储在5月加息,随后暂停加息:4月8日消息,美国银行认为,3月份的就业报告使美联储有望在5月份加息25个基点。劳动力市场正在显示出降温的迹象,但仍然非常紧张。美国银行仍预计美联储将在5月会议后维持利率不变,这意味着最终利率将在5.0%-5.25%之间。1月份之后经济数据的连续放缓,意味着第二季度经济将出现疲软,并造成本季度出现负增长的重大风险。到6月议息会议时,美联储将获得大量关于第二季度的数据,届时应该证明暂停加息是合理的。[2023/4/8 13:51:05]

CertificateAuthority:负责身份权限管理,又叫MemberService或IdentityService。

Chaincode:区块链上的应用代码,扩展自“智能合约”的概念,支持Go、Node.js等编程语言,运行在隔离的容器环境中。

Orderer:Fabric1.0架构中的共识服务角色,可以对交易进行排序,批量打包,生成区块,发给Peer节点。一个区块链网络中有多个Orderer节点,它们共同提供排序服务。排序服务可以通过不同的方式实现,从一个中心化的服务,到分布式协议。

非农公布后:美联储3月加息50BP的概率为64.6%,与数据公布前一致:金色财经报道,据CME“美联储观察”:美联储3月加息25个基点至4.75%-5.00%区间的概率为35.4%,加息50个基点至5.00%-5.25%区间的概率为64.6%;到5月累计加息50个基点的概率为28.7%,累计加息75个基点的概率为59.1%,累计加息100个基点概率为12.3%。(与非农公布前一致)[2023/3/10 12:54:54]

Endorser:Fabric1.0架构中的一类peer节点角色,负责检验某个交易是否合法,是否愿意为之签名背书。

Committer:Fabric1.0架构中的另一类peer节点角色,负责对orderer排序后的交易进行检查,选择合法的交易执行并写入存储。

EnrollmentCertificateAuthority:负责成员身份相关证书管理的CA。

TransactionCertificateAuthority:负责维护交易相关证书管理的CA。

机构分析:非农报告中的U6失业率与就业参与率更值得关注:5月7日消息,一直以来,美联储官员在使用失业率来代表经济松弛水平时都保持谨慎,许多官员认为“真正的”失业率更接近10%,而不是非农报告中的6%。因此在判断经济松弛水平方面,非农报告中的U6失业率与就业参与率更值得关注,后者的说服力可能比失业率更强。3月美国就业参与率达到61.5%,但仍然不足2020年2月新冠疫情爆发前63.2%的水平。同样值得注意的是,一些美联储官员最近提到了极少被报道的就业人口占总人口比率,该比率在3月份为57.8%,也未回升至新冠疫情爆发前的61.1%。[2021/5/7 21:34:22]

WorldState:一个键值数据库,用于存放链码执行过程中涉及到的状态变量。

Fabricv1.0架构

Fabricv1.0的架构如图2所示。

图2Fabricv1.0架构

Fabric联盟链中有两种类型的节点:Peer节点和Orderer节点。Chaincode部署在Peer节点上,它对账本进行读写操作。一个Peer节点可以充当多种角色,如背书者endorser,提交者committer。一个区块链网络中会有多个Peer节点。

声音 | 超级账本杨保华:未来十年区块链技术面临五大挑战:在由清华经管学院中国金融研究中心主办的BAC 2018区块链应用大会上,超级账本全球技术委员、甲骨文区块链首席架构师杨保华表示,未来十年,区块链技术主要面临五大挑战,分别是完备的隐私安全、分布式身份管理、可信的智能合约、增强的互操作性、标准化与规范化。[2018/11/25]

Orderer提供了通向客户端和Peer节点的共享通信通道。提供了包含交易的消息广播服务。客户端可以通过这个通道向所有的节点广播消息。通道可以向连接到该通道的节点投递(deliver)消息。

Orderer服务支持多通道。客户端和Peer节点可以连接到一个给定的通道,并通过给定的通道发送和接收消息。多通道使得给定的peer集合接收包含相关交易的区块,从而与其他交易完全隔离,实现数据隔离和保密。如图3所示,peer1,peer2和peerN订阅红色通道,共同维护红色账本;peer1和peerN订阅蓝色通道并维护蓝色账本;peer2和peer订阅黑色通道上,共同维护黑色账本。

超级账本 Hyperledger 执行董事表示 区块链只是一种平衡的技术:超级账本 Hyperledger 执行董事、万维网奠基人之一Brian Behlendorf就区块链是否能够成为新的工具去结成社会契约的问题进行解答:“我之前有一些案例,我觉得现在的管理系统、系统的确会出现一些变化的方式,区块链是一个驱动的因素。现在去中心化的技术有很多,我觉得已经很少有一个单独的供应商坐在中间,去为所有的利益相关方提供所有的产品服务了。区块链只是一种平衡的技术,它让更多的利益放在竞争的过程中,这样大家会越来越平等。”[2018/1/30]

图3多通道

链码

链码可以认为是Fabric提供的智能合约,是上层应用与底层区块链平台交互的媒介。

所有的链码都继承两个接口,init和invoke。init接口用于初始化合约,在整个链码的生命周期里,该接口仅仅执行一次。invoke接口是编写业务逻辑的唯一入口,虽然只有一个入口,但是可以根据参数传递的不同自由区分不同业务逻辑。合约接口能获得数据分为三类:合约输入参数;与状态数据库和历史数据库交互;与其他合约的交互。

Fabric1.0交易流程

Fabric上的交易交易分两种:部署交易和调用交易。

部署交易:把Chaincode部署到peer节点上并准备好被调用,当一个部署交易成功执行时,Chaincode就被部署到peer节点上。

调用交易:客户端应用程序通过Fabric提供的API调用先前已部署好的某个chaincode中的函数执行交易,并相应地读取和写入K-V数据库,返回成功或者失败。

如下图所示,开发者创建客户端应用和Chaincode,Chaincode被部署到区块链网络的Peer节点上面。通过Chaincode来操作账本,当调用一个交易时,实际上是在调用Chaincode中的一个函数方法,令它实现业务逻辑,并对账本进行get,put,delete操作。客户端应用提供用户交互界面,并提交交易到区块链网络上。Fabric1.0交易流程如下图所示:

图4交易流程

客户端构造交易提案

客户端应用程序利用任意SDK构造交易提案propose。该提案是一个调用智能合约功能函数的请求,用来确认哪些数据可以读取或写入账本。客户端把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。

背书节点模拟执行交易

背书节点endorser收到交易提案后,验证签名并确定提交者是否有权执行操作。背书节点将交易提案的参数作为输入,在当前状态K-V数据库上执行交易,生成包含执行返回值、读操作集合和写操作集合的交易结果,这些值的集合、背书节点的签名和背书结果作为提案的结果返回给客户端SDK,SDK解析这些信息判断是否应用于后续的交易。

客户端把交易发送到共识服务节点

应用程序验证背书节点签名,并比较各节点返回的提案结果,判断提案结果是否一致以及是否参照指定的背书策略执行。客户端收到各个背书节点的应答后,打包到一起组成一个交易并签名,发送给Orderers。

共识排序,生成新区块,提交交易

Orderers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,调用deliverAPI投递消息,发送给提交节点。Committer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,完成后将区块追加到本地的区块链,并修改K-V状态数据库。

补充说明

超级账本V1.0将执行链码的节点与决定出块顺序的节点相分离。每个peer维护分布式账本的一个copy,orderers则仅提供共识排序服务,而不必维护账本的copy。

clients首先要将交易提交给peers的一个子集执行chaincode。必须有足够多的endorsers背书一致后,clients才将更新后的状态以及背书签名等提交给orderers。orderers通过共识协议输出block的排序。最后,所有的peers再对背书进行验证。从而:链码的执行可以在共识排序前完成;不需要所有的peers都执行所有的链码。

clients判断提案结果是否一致主要是为了消除非确定性的影响。这主要是因为交易的执行可能因为种种原因而分叉,如果client发现大多数endorsers的执行结果不一致时,它就会认为该交易的结果是非确定性的,这笔交易也就作废了。

Fabric的优势

Fabric采用模块化架构把交易处理划分为3个阶段:通过Chaincode进行分布式业务逻辑处理和协商;交易排序(orderders);交易的验证和提交(committers)。这样划分带来的好处:不同的阶段由不同的节点参与,不需要全网的节点都参与。网络的性能和扩展性得到优化。Peer节点和Orderder节点可以独立扩展,并可以动态增加。此外,Fabric提供可插拔架构,其共识机制和加密算法均是可插拔的,可以根据实际情况选择替换。

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