区块链超级账本Fabric如何构建？

概述

区块链是一种分布式系统，其所属的分布系统又被称为“复制状态机模型”，即多个节点上从相同的初始状态开始，执行相同的一串命令，产生相同的最终状态。区块链中服务维护着一些状态，而客户端可以调用转换状态和生成输出的操作。区块链通过分布式协议模拟“可信任的”计算服务，该协议是由互联网上连接的节点运行。服务呈现或创建一个资产，其中所有节点都有一些权益相关。节点共享运行服务的共同目标，但不一定相互信任。在“无许可”的区块链中，比如比特币加密货币底层的区块链中，任何人都可以操作一个节点，并通过消耗CPU循环参与其中，并演示“工作证明”。另一方面，区块链在“许可”模式控制谁参与验证和协议；这些节点已经建立了明确的身份并组成了一个联盟。Swanson的一份报告比较了这两种模式。

Hyperledger：超级账本项目(www.hyperledger.org) 是一个合作创建的企业级项目，由开源的分布式账本框架和代码 构成。旨在通过识别和实现跨行业分布式账本开放标准平台，推进区块链技术，改变全球范围内的商业交易方式。Hyperledger是Linux基金会于2016年初成立的一个项目，开始不久即有50多名成员。

Hyperledger Fabric：Hyperledger Fabric 是一个实现运行智能合约的分布式账本平台，利用熟悉和证明技术，采用模块化架构，允许实施各种可插拔的功能。它是Hyperledger项目中正在孵化的多个项目之一。Hyperledger Fabric的开发者预览版(称为“v0.5开发者预览版”)已于2016年6月发布。

Fabric的分布式账本协议是由对节点运行的。这种Fabric能区分有两种类型的节点：验证节点是网络上运行共识、验证交易和维护账本的节点。另一方面，非验证节点是作为代理连接客户端(发出交易)和验证peer节点。非验证节点不执行交易，但可以验证交易。

当前发布Fabric的一些关键特性是：

获批准的有即时确定性的区块链；

运行在Go(golang.org)中执行的任意的智能合约（称为链码）：

- 将用户自定义的链码封装在Docker容器中；

- 系统链码与peer节点运行相同的进程；

共识协议是可插拔的，目前拜占庭容错共识的实现由PBFT协议支持，提供了一个用于寻址不确定性链码的SIEVE原型，并且协议存根（命名为NOOPS）服务于单个节点上的开发；

安全支持通过权威认证（Cas）的TLS证书、注册证书和交易证书；

RocksDB (rocksdb.org)支持Persistent state（持久状态）使用键值存储系统；

支持预定义和自定义事件的事件框架；

与fabric接口的客户端SDK (Node.js)为开发工具包；

支持基础REST API和CLIs。

在开发人员预览版中，对非验证节点的支持是最小的。

架构：验证节点运行BFT共识协议来执行状态机可复制机制接受三种交易操作: Deploy transaction（部署交易）：接受用Go编写的链码(表示为智能合同)作为参数；链码安装在对等节点上，并准备随时被调用。Invoke transaction（调用交易）：调用之前通过部署交易安装的特定链码的交易；参数是特定于交易类型的；链码执行交易，可以相应地读写其状态中的条目，并指示它是成功还是失败。Query transaction（查询交易）：从读取对等节点的持久状态直接返回进入状态项；这有可能不能确保线性化。每个链码都可以定义自己的持久状态，区块链的哈希链是计算执行的交易和结果的持久状态。

通过复制执行链码和给出潜在的BFT共识的错误假设来验证交易，比如，在n个验证对等节点中，最多f < n/3 可以“说谎”并任意执行，但其他正确执行链码。在PBFT共识之上执行时，链码交易必须是确定的，否则对等节点的状态可能会发生分歧。有一个模块化的解决方案可以过滤出明显发散的非确定性交易，并且已经在SIEVE协议中实现。运行BFT 共识的验证节点之间的成员关系目前是静态的需要手动干预。计划在未来的版本中支持动态更改运行共识的节点集。

由于fabric实现了一个许可的分类账，因此它包含一个用于身份验证和授权的安全基础设施。通过公钥证书支持注册和交易授权，通过内加密实现链码的机密性。更准确地说，为了连接到网络，每个对等节点都需要从注册CA获得注册证书和成员服务的一部分。它授权对等点连接到网络并获得提交交易所需的交易证书。交易证书由交易CA颁发，并支持提交交易的对等节点的匿名授权，因为颁发给同一对等节点(即同一注册证书)的多个交易证书不能相互链接。链码和状态的机密性是通过交易和状态的对称密钥加密提供的，使用特定于区块链的密钥对所有具有区块链注册证书的对等方可用。未来版本计划对加密机制进行扩展，使其具有更详细的交易和状态条目的机密性。

讨论

区块链的共识协议一直在研究中保持热度，金融科技初创公司(如tendermint.com, kadena.io)也在讨论。Fabric的设计使用了共识的模块化概念，这与分布式计算中公认的共识概念是一致的。这确保了fabric的区块链相关特性可以独立于特定的共识协议进行开发。PBFT协议是已经在fabric中实现的第一个共识协议，这是由于其显著突出在：它受益于近20年系统性研究拜占庭共识的经验，密切相关知名Viewstamped Replication和Paxos之类的协议，分析了在许多环境中的使用和教科书中的描述。

结论

Hyperledger Fabric是一个用于商业用途的区块链平台。它是开源的并且基于标准，能够运行用户自定义的智能合约，支持强大的安全和身份特征，使用模块化架构和可插拔的共识协议。

在Hyperledger项目的管理下，Fabric目前正在被积极的开发中