Hyperledger Fabric模型和工具介绍

在上一篇Linux环境下搭建Hyperledger Fabric 1.1开发环境的文章中,介绍了如何快速在本地运行起Fabric开发环境,在正式进入开发环节之前,需要先了解清楚Fabric的整个运行原理,才能更好的进行开发。

建议读者先了解一下区块链技术的一些基本概念,主要包括区块,链,分布式一致性算法,智能合约等,以便更好的理解Fabric是如何将这些理论知识通过技术手段实现的。

Fabric模型

Fabric为了适应企业的定制化区块链需求,抽象出以下部分的模型概念。

资产(Assets)

资产是指一切在网络中可以等价交换的物品,可以是有形资产,也可以是无形资产。Fabric通过链码(Chaincode)方式提供资产修改的能力。

资产在Fabric中抽象成kv对的形式表示,可以是JSON也可以是二进制格式,通过Hyperledger Composer可以方便的定义资产。

链码(Chaincode)

直接对标智能合约概念,就是Fabric网络中运行的程序,可以提供修改资产的功能,同时可以获取到当前交易中的各种状态。

账本功能(Ledger Features)

账本(Ledger)是一个共享的,不可变的存储单元,记录了每一个交易频道(Channel)的历史,以及提供类SQL的查询功能。

账本的概念其实就涵盖了区块两部分的概念。而交易状态是存储在状态数据库的,目前Fabric使用LevelDB作为默认的状态数据库,同时提供可选CouchDB

隐私保护的交易频道(Privacy through Channels)

账本工作在每个频道上,既可以共享给整个网络,又可以私有化,仅共享给几个参与者。

如果要私有化账本,要求所有参与者加入同一个频道中,通过频道的隔离性隔离交易事务和账本。在记账之前,交易数据可以通过加密算法进行混淆和保护,如AES算法。

安全&会员服务(Security & Membership Services)

在Fabric的交易网络中,所有参与者都具有已知的身份,通过PKI(Public Key Infrastructure,公钥基础设施)产生加密证书,绑定组织,网络组件,最终用户或客户端程序。因此,数据访问控制可以在广泛的网络或频道级别中有效的管理起来。

Fabric引入“许可”(permissioned)的概念,结合频道的特性,可以工作在隐私性和机密性至上的场景中。

共识(Consensus)

可以说是各种区块链首要需要解决的问题,在其他区块链项目都有大量的提及,Fabric这里也是大同小异。目前Fabric通过插件式的架构可以让开发者自由选择多种共识算法,最初的版本支持三种共识算法:

  1. 忽略共识(No-op)
  2. 传统拜占庭容错(Classic PBFT)
  3. SIEVE(增强版本的PBFT)

关于完整的交易流程可以参考Fabric官方文档中的交易流程一文。

Fabric工具介绍

如果运行过之前的Linux环境下搭建Hyperledger Fabric 1.1开发环境文章中提到的官方bootstrap脚本,会发现在fabric-samples/bin/目录下存放着Fabric的一些二进制工具:

  • configtxgen
  • configtxlator
  • cryptogen
  • orderer
  • peer

了解了Fabric的基本模型之后,现在简单了解下各个工具的作用。

configtxgen可以创建和检查channel配置相关的元素,产生的元素由configtx.yaml配置文件的内容决定。主要产生用于以下几种元素:

  • 产生创世纪块(genesis block)
  • 创建频道交易
  • 两个组织间的Anchor Peer的交易

configtxlator用于转换protobuf和JSON格式的fabric数据结构的,也可以创建配置更新。这个工具既可以作为HTTP服务以REST方式运行,也可以像普通的命令行工具一样运行。

cryptogen是用来产生加密证书的和密钥的,用于传输加密和身份验证。

ordererpeer分别用于运行orderer节点和peer节点。在Fabric的网络中,一共存在着三种类型的节点(Nodes):

  • client
  • peer
  • orderer

client代表一个实际的终端用户行为,必须连接到区块链的节点上(可以是peer或orderer,也可以是两者同时,由实际场景需求决定),从而创建交易。client节点的概念和其他C/S架构中的client没有区别。

peer节点接收ordered状态更新,并未维护账本的状态(实际就是作为账本的副本节点)。此外peer节点还可以作为特殊角色背书人存在。

orderer节点提供排序服务(ordering service),比如交付担保。orderer节点为clientpeer节点之前提供了共享的communication channel。排序服务支持多个频道,client可以连接到指定频道上发送和获取消息。

结语

本篇内容简单介绍了下Fabric中的模型概念,以及二进制工具包的各种作用。后面我们将会利用fabric提供的二进制工具包,运行起来一个最基本的Fabric网络。

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