2.3 Hyperledger架構(gòu)

超級(jí)賬本（Hyperledger）是Linux基金會(huì)于2015年發(fā)起的推進(jìn)區(qū)塊鏈數(shù)字技術(shù)和交易驗(yàn)證的開源項(xiàng)目，該項(xiàng)目的目標(biāo)是推進(jìn)區(qū)塊鏈及分布式記賬系統(tǒng)的跨行業(yè)發(fā)展與協(xié)作。

目前該項(xiàng)目最著名的子項(xiàng)目是Fabric，由IBM主導(dǎo)開發(fā)。按官方網(wǎng)站描述，Hyperledger Fabric是分布式記賬解決方案的平臺(tái)，以模塊化體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，提供高度的彈性、靈活性和可擴(kuò)展性。它旨在支持不同組件的可插拔實(shí)現(xiàn)，并適應(yīng)整個(gè)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)中存在的復(fù)雜性。

Hyperledger Fabric提供了一種獨(dú)特的彈性和可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)，使其不同于其他區(qū)塊鏈解決方案。我們必須在經(jīng)過充分審查的開源架構(gòu)之上對(duì)區(qū)塊鏈企業(yè)的未來進(jìn)行規(guī)劃。超級(jí)賬本是企業(yè)級(jí)應(yīng)用快速構(gòu)建的起點(diǎn)。

目前，Hyperledger Fabric經(jīng)歷了兩大版本架構(gòu)的迭代，分別是0.6版和1.0版。其中，0.6版的架構(gòu)相對(duì)簡單，Peer節(jié)點(diǎn)集眾多功能于一身，模塊化和可拓展性較差。1.0版對(duì)0.6版的Peer節(jié)點(diǎn)功能進(jìn)行了模塊化分解。目前最新的1.1版本處于Alpha階段。

在1.0版中，Peer節(jié)點(diǎn)可分為peers節(jié)點(diǎn)和orderers節(jié)點(diǎn)。peers節(jié)點(diǎn)用于維護(hù)狀態(tài)（State）和賬本（Ledger）, orderers節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)賬本中的各條交易達(dá)成共識(shí)。

系統(tǒng)中還引入了認(rèn)證節(jié)點(diǎn)（Endorsing Peers），認(rèn)證節(jié)點(diǎn)是一類特殊的peers節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)同時(shí)執(zhí)行鏈碼（Chaincode）和交易的認(rèn)證（Endorsing Transactions）。

Hyperledger Fabric的分層架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2-3所示。

Hyperledger Fabric可以分為7層，分別是存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、通道層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、合約層、應(yīng)用層。

其中存儲(chǔ)層主要對(duì)賬本和交易狀態(tài)進(jìn)行存儲(chǔ)。賬本狀態(tài)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，存儲(chǔ)的內(nèi)容是所有交易過程中出現(xiàn)的鍵值對(duì)信息。比如，在交易處理過程中，調(diào)用鏈碼執(zhí)行交易可以改變狀態(tài)數(shù)據(jù)。狀態(tài)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫可以使用LevelDB或者CouchDB。LevelDB是系統(tǒng)默認(rèn)的內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫，CouchDB是可選的第三方數(shù)據(jù)庫。區(qū)塊鏈的賬本則在文件系統(tǒng)中保存。

數(shù)據(jù)層主要由交易（Transaction）、狀態(tài)（State）和賬本（Ledger）三部分組成。

其中，交易有兩種類型：

· 部署交易：以程序作為參數(shù)來創(chuàng)建新的交易。部署交易成功執(zhí)行后，鏈碼就被安裝到區(qū)塊鏈上。

· 調(diào)用交易：在上一步部署好的鏈碼上執(zhí)行操作。鏈碼執(zhí)行特定的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)可能會(huì)修改狀態(tài)數(shù)據(jù)，并返回結(jié)果。

狀態(tài)對(duì)應(yīng)了交易數(shù)據(jù)的變化。在Hyperledger Fabric中，區(qū)塊鏈的狀態(tài)是版本化的，用key/value store（KVS）表示。其中key是名字，value是任意的文本內(nèi)容，版本號(hào)標(biāo)識(shí)這條記錄的版本。這些數(shù)據(jù)內(nèi)容由鏈碼通過PUT和GET操作來管理。如存儲(chǔ)層的描述，狀態(tài)是持久化存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫的，對(duì)狀態(tài)的更新是被文件系統(tǒng)記錄的。

賬本提供了所有成功狀態(tài)數(shù)據(jù)的改變及不成功的嘗試改變的歷史。

賬本是由Ordering Service構(gòu)建的一個(gè)完全有序的交易塊組成的區(qū)塊哈希鏈（Hash Chain）。

賬本既可以存儲(chǔ)在所有的peers節(jié)點(diǎn)上，又可以選擇存儲(chǔ)在幾個(gè)orderers節(jié)點(diǎn)上。

此外，賬本允許重做所有交易的歷史記錄，并且重建狀態(tài)數(shù)據(jù)。

通道層指的是通道（Channel），通道是一種Hyperledger Fabric數(shù)據(jù)隔離機(jī)制，用于保證交易信息只有交易參與方可見。每個(gè)通道都是一個(gè)獨(dú)立的區(qū)塊鏈，因此多個(gè)用戶可以共用同一個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)，而不用擔(dān)心信息泄漏問題。

網(wǎng)絡(luò)層用于給區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)提供P2P網(wǎng)絡(luò)支持，是保障區(qū)塊鏈賬本一致性的基礎(chǔ)服務(wù)之一。

在Hyperledger Fabric中，Node是區(qū)塊鏈的通信實(shí)體。Node僅僅是一個(gè)邏輯上的功能，多個(gè)不同類型的Node可以運(yùn)行在同一個(gè)物理服務(wù)器中。Node有三種類型，分別是客戶端、peers節(jié)點(diǎn)和Ordering Service。

其中，客戶端用于把用戶的交易請(qǐng)求發(fā)送到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中。

peers節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)維護(hù)區(qū)塊鏈賬本，peers節(jié)點(diǎn)可以分為endoring peers和committing peers兩種。endoring peers為交易作認(rèn)證，認(rèn)證的邏輯包含驗(yàn)證交易的有效性，并對(duì)交易進(jìn)行簽名；committing peers接收打包好的區(qū)塊，并寫入?yún)^(qū)塊鏈中。與Node類似，peers節(jié)點(diǎn)也是邏輯概念，endoring peers和committing peers可以同時(shí)部署在一臺(tái)物理機(jī)上。

Ordering Service會(huì)接收交易信息，并將其排序后打包成區(qū)塊，然后，寫入?yún)^(qū)塊鏈中，最后將結(jié)果返回給committing peers。

共識(shí)層基于Kafka、SBTF等共識(shí)算法實(shí)現(xiàn)。Hyperledger Fabric利用Kafka對(duì)交易信息進(jìn)行排序處理，提供高吞吐、低延時(shí)的處理能力，并且在集群內(nèi)部支持節(jié)點(diǎn)故障容錯(cuò)。相比于Kafka, SBFT（簡單拜占庭算法）能提供更加可靠的排序算法，包括容忍節(jié)點(diǎn)故障以及一定數(shù)量的惡意節(jié)點(diǎn)。

合約層是Hyperledger Fabric的智能合約層Blockchain, Blockchain默認(rèn)由Go語言實(shí)現(xiàn)。Blockchain運(yùn)行的程序叫作鏈碼，持有狀態(tài)和賬本數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)執(zhí)行交易。在Hyperledger Fabric中，只有被認(rèn)可的交易才能被提交。而交易是對(duì)鏈碼上的操作的調(diào)用，因此鏈碼是核心內(nèi)容。同時(shí)還有一類稱之為系統(tǒng)鏈碼的特殊鏈碼，用于管理函數(shù)和參數(shù)。

應(yīng)用層是Hyperledger Fabric的各個(gè)應(yīng)用程序。

此外，既然是聯(lián)盟鏈，在Hyperledger Fabric中還有一個(gè)模塊專門用于對(duì)聯(lián)盟內(nèi)的成員進(jìn)行管理，即Membership Service Provider（MSP）, MSP用于管理成員認(rèn)證信息，為客戶端和peers節(jié)點(diǎn)提供成員授權(quán)服務(wù)。