聯盟鏈及Hyperledger Fabric簡介

聯盟鏈

定義

根據去中心化程度的不同，區塊鏈分化出三種不同應用場景下的種類：

1. 公有鏈：全網公開，廣大用戶均可參與
2. 私有鏈：所有網路節點都掌握在一家機構中
3. 聯盟鏈：用于多個機構之間，允許授權的節點加入網路，可根據權限查詢或修改資訊

優缺點

相比于公有鏈，聯盟鏈在效率和靈活性上更有優勢

• 交易成本低，交易只需被幾個受信的高算力節點驗證即可，無需全網確認
• 節點規模小，故障可以通過人工干預較快修復
• 使用確定型的共識演算法并縮短區塊生成時間使得交易更快完成
• 讀寫權限受控制，提供更為安全的隱私保護
• 聯盟鏈的參與者可以更容易地達成一致來更新鏈上規則、還原交易、修改余額等
• 相比于公有鏈，聯盟鏈去中心化程度不夠高

Hyperledger Fabric（超級賬本）

簡介

• Hyperledger是一個區塊鏈跨行業應用的開源專案，而其中Fabric是最成功的子專案，
• 支持以通用編程語言（Go/Java/Node.js）而非受約束的領域特定語言（DSL）撰寫智能合約，
• 支持可插拔的共識協議以適應特定的信任模型，節點的授權加入方便網路管理，無需發行加密貨幣來激勵記賬，

賬本 Ledger

• Fabric的賬本由兩個不同但相關的部分組成，分別是世界狀態和區塊鏈，
• 世界狀態（World-State）保存了賬本資料的當前值，同時可以被更改，其本質是一個資料庫，支持LevelDB和CouchDB，
• 區塊鏈（Blockchain）記錄了所有更改日志，日志寫入后無法被修改，這便于管理人員進行歷史追蹤，

身份與成員資格 Identity and Membership

• Fabric使用X.509格式的證書作為身份驗證，通過證書來標識整個網路中的所有參與者，并提供用于確定許可權的一些屬性，證書通過證書頒發機構（CA）來頒發，
• Fabric提供了一個成員資格服務提供商（MSP），用于確定哪些CA是受信任的、列出組織成員身份、識別參與者在組織內扮演的特定角色、定義網路和通道訪問權限等，

智能合約與鏈碼 Smart Contracts and Chaincode

• 智能合約用來定義業務交易邏輯，在世界狀態下放置、獲取、洗掉狀態或者查詢區塊鏈交易記錄，
• 鏈碼是用于安裝和實體化智能合約的技術容器，一個鏈碼可以包含多個智能合約，

對等節點 Peer Node

• 對等節點（簡稱Peer）組件是Fabric區塊鏈網路的基本元素，它托管著賬本和智能合約，且可以同時托管多個賬本和多個智能合約，
• 區塊鏈網路擁有多個組織下的多個對等節點，對等方節點具有通過特定CA頒發的數字證書分配的身份，

通道 Channel

• 通道允許一組特定的對等節點和應用程式在區塊鏈網路內相互通信，通道并不實際存在，而是由物理對等節點集合形成的邏輯結構，
• 每個通道都有一個完全獨立的賬本，這說明每個通道都有一個完全獨立的區塊鏈，以及完全獨立的世界狀態，
• 一個組織可以加入多個通道，從而參與多個獨立的區塊鏈網路，

排序服務 Ordering Service

• Fabric 采用稱為排序服務的特殊節點來執行交易的排序并生成區塊，形成一種確定性的共識機制，由排序服務生成的任何塊都可以保證是最終且正確的，不會產生分支，
• 排序服務維護著允許創建通道的組織串列，還對通道實施基本的訪問控制，從而限制了誰可以對其進行資料讀寫和配置，
• 排序服務有三種實作，使排序節點之間對嚴格的交易順序達成共識：
  - Solo： 只有一個排序節點，無法容錯，但可以用于開發測驗環境，
  - Kafka：崩潰容錯（CFT）機制，選舉領導者節點，跟隨者復制其決策，
  - Raft： 也是崩潰容錯（CFT）機制，比Kafka易于配置和管理，

Fabric v2.0 test network功能簡介與測驗

說明

Hyperledger Fabric平臺通過其通道體系結構和私有資料功能來實作機密性，在通道（channel）中，Fabric網路上的參與者建立了一個子網，每個成員都可以查看特定的一組交易，因此，只有那些參與通道的節點（node）才能訪問智能合約（chaincode）和交易的資料，從而保留了兩者的隱私和機密性，私有資料允許在通道上的成員之間進行收集，從而在不增加創建和維護單獨通道的維護開銷的情況下，提供與通道相同的保護，

test network

此部分將簡要說明一些經過專案組測驗的功能，該demo使用Docker Compose部署了一個Fabric網路，由于節點在Docker Compose網路中是隔離的，因此未將test network配置為連接到其他正在運行的Fabric節點，在運行test network之前，需要配置好必要的條件，

啟動test network

進入到對應目錄下

cd go/src/github.com/tmp/scripts/fabric-samples/test-network

在啟動網路前，需要關倍訓洗掉以前的容器

./network.sh down

啟動網路(此命令會創建一個由兩個peer節點（一個orderer節點）組成的結構網路)

./network.sh up

如果命令成功完成，將看到正在創建的節點日志

Starting nodes with CLI timeout of '5' tries and CLI delay of '3' seconds and using database 'leveldb' with crypto from 'cryptogen'
LOCAL_VERSION=2.2.0
DOCKER_IMAGE_VERSION=2.2.1
Local fabric binaries and docker images are out of  sync. This may cause problems.
/home/fabric/go/src/github.com/tmp/scripts/fabric-samples/test-network/../bin/cryptogen
Generate certificates using cryptogen tool
Create Org1 Identities
+ cryptogen generate --config=./organizations/cryptogen/crypto-config-org1.yaml --output=organizations
org1.example.com
+ res=0
Create Org2 Identities
+ cryptogen generate --config=./organizations/cryptogen/crypto-config-org2.yaml --output=organizations
org2.example.com
+ res=0
Create Orderer Org Identities
+ cryptogen generate --config=./organizations/cryptogen/crypto-config-orderer.yaml --output=organizations
+ res=0
Generate CCP files for Org1 and Org2
/home/fabric/go/src/github.com/tmp/scripts/fabric-samples/test-network/../bin/configtxgen
Generating Orderer Genesis block
+ configtxgen -profile TwoOrgsOrdererGenesis -channelID system-channel -outputBlock ./system-genesis-block/genesis.block
2020-10-19 23:12:05.772 CST [common.tools.configtxgen] main -> INFO 001 Loading configuration
2020-10-19 23:12:05.797 CST [common.tools.configtxgen.localconfig] completeInitialization -> INFO 002 orderer type: etcdraft
2020-10-19 23:12:05.797 CST [common.tools.configtxgen.localconfig] completeInitialization -> INFO 003 Orderer.EtcdRaft.Options unset, setting to tick_interval:"500ms" election_tick:10 heartbeat_tick:1 max_inflight_blocks:5 snapshot_interval_size:16777216 
2020-10-19 23:12:05.797 CST [common.tools.configtxgen.localconfig] Load -> INFO 004 Loaded configuration: /home/fabric/go/src/github.com/tmp/scripts/fabric-samples/test-network/configtx/configtx.yaml
2020-10-19 23:12:05.799 CST [common.tools.configtxgen] doOutputBlock -> INFO 005 Generating genesis block
2020-10-19 23:12:05.799 CST [common.tools.configtxgen] doOutputBlock -> INFO 006 Writing genesis block
+ res=0
Creating network "net_test" with the default driver
Creating volume "net_peer0.org1.example.com" with default driver
Creating volume "net_peer0.org2.example.com" with default driver
Creating volume "net_orderer.example.com" with default driver
Creating peer0.org2.example.com
Creating peer0.org1.example.com
Creating orderer.example.com
CONTAINER ID        IMAGE                               COMMAND             CREATED             STATUS                  PORTS                              NAMES
a3505668e1f3        hyperledger/fabric-orderer:latest   "orderer"           4 seconds ago       Up 1 second             0.0.0.0:7050->7050/tcp             orderer.example.com
c4a9d98d381e        hyperledger/fabric-peer:latest      "peer node start"   4 seconds ago       Up Less than a second   0.0.0.0:7051->7051/tcp             peer0.org1.example.com
8d4bf3aa9af7        hyperledger/fabric-peer:latest      "peer node start"   4 seconds ago       Up 1 second             7051/tcp, 0.0.0.0:9051->9051/tcp   peer0.org2.example.com

測驗網路的組成部分

檢查network.sh腳本創建的三個節點是否在啟動后運行

docker ps -a

與Fabric網路互動的每個節點和用戶都必須屬于網路成員的組織(organization)，屬于Fabric網路成員的組織群通常稱為聯盟(consortium)，test network有兩個聯盟成員，Org1和Org2，該demo還包括維護網路訂購服務的一個訂購者(orderer)組織，

Peer節點是任何Fabric網路的基本組成部分，Peer節點存盤區塊鏈帳本(ledger)并在將交易提交到分帳之前對其進行驗證，Peer節點運行包含業務邏輯的智能合約，該業務邏輯用于管理區塊鏈賬本上的資產，

建立通道

啟動網路后，服務器上運行著Peer節點和Orderer節點，我們可以使用該腳本為Org1和Org2之間的事務創建Fabric通道，通道是特定網路成員之間的專用通信層，通道只能由受邀加入該通道的組織使用，并且對網路的其他成員不可見，每個通道都有一個單獨的區塊鏈賬本，被邀請的組織將其他組織“加入”通道以存盤通道帳本并驗證通道上的交易，

在Org1和Org2之間創建通道并將他們的Peer節點加入通道（未指定名稱時將使用默認名稱：mychannel）

./network.sh createChannel

在日志中可以看到

========= Channel successfully joined ===========

當然，為了區分不同通道，也可以創建自定義名稱的通道(例如：fabricchannel)

./network.sh createChannel -c fabricchannel

熟悉test network之后，可以在啟動網路時直接創建通道

./network.sh up createChannel

在channel上部署并啟動chaincode

創建通道后，可以開始使用智能合約與通道賬本進行互動，智能合約包含管理區塊鏈賬本上資產的業務邏輯，網路成員可以呼叫智能合約以在賬本上創建資產，以及更改和轉移這些資產，還可以呼叫智能合約以查詢并讀取賬本上的資料，

在通道上啟動智能合約

./network.sh deployCC

測驗功能

啟動test network之后，可以使用peer CLI與其進行互動，peer CLI允許用戶呼叫已部署的智能合約，更新通道，安裝和部署新的智能合約，
在test-network目錄下，將一些二進制檔案添加到CLI路徑下：

export PATH=${PWD}/../bin:$PATH
export FABRIC_CFG_PATH=$PWD/../config/

設定環境變數來允許用戶以Org1的形式來操作peer CLI：

export CORE_PEER_TLS_ENABLED=true
export CORE_PEER_LOCALMSPID="Org1MSP"
export CORE_PEER_TLS_ROOTCERT_FILE=${PWD}/organizations/peerOrganizations/org1.example.com/peers/peer0.org1.example.com/tls/ca.crt
export CORE_PEER_MSPCONFIGPATH=${PWD}/organizations/peerOrganizations/org1.example.com/users/Admin@org1.example.com/msp
export CORE_PEER_ADDRESS=localhost:7051

通過資產資訊來初始化賬本

peer chaincode invoke -o localhost:7050 --ordererTLSHostnameOverride orderer.example.com --tls --cafile ${PWD}/organizations/ordererOrganizations/example.com/orderers/orderer.example.com/msp/tlscacerts/tlsca.example.com-cert.pem -C mychannel -n basic --peerAddresses localhost:7051 --tlsRootCertFiles ${PWD}/organizations/peerOrganizations/org1.example.com/peers/peer0.org1.example.com/tls/ca.crt --peerAddresses localhost:9051 --tlsRootCertFiles ${PWD}/organizations/peerOrganizations/org2.example.com/peers/peer0.org2.example.com/tls/ca.crt -c '{"function":"InitLedger","Args":[]}'

執行后可以看到

-> INFO 001 Chaincode invoke successful. result: status:200

現在可以從CLI查詢賬本

peer chaincode query -C mychannel -n basic -c '{"Args":["GetAllAssets"]}'

將看到

[
  {"ID": "asset1", "color": "blue", "size": 5, "owner": "Tomoko", "appraisedValue": 300},
  {"ID": "asset2", "color": "red", "size": 5, "owner": "Brad", "appraisedValue": 400},
  {"ID": "asset3", "color": "green", "size": 10, "owner": "Jin Soo", "appraisedValue": 500},
  {"ID": "asset4", "color": "yellow", "size": 10, "owner": "Max", "appraisedValue": 600},
  {"ID": "asset5", "color": "black", "size": 15, "owner": "Adriana", "appraisedValue": 700},
  {"ID": "asset6", "color": "white", "size": 15, "owner": "Michel", "appraisedValue": 800}
]

轉移或更改賬上資產的所有者

peer chaincode invoke -o localhost:7050 --ordererTLSHostnameOverride orderer.example.com --tls --cafile ${PWD}/organizations/ordererOrganizations/example.com/orderers/orderer.example.com/msp/tlscacerts/tlsca.example.com-cert.pem -C mychannel -n basic --peerAddresses localhost:7051 --tlsRootCertFiles ${PWD}/organizations/peerOrganizations/org1.example.com/peers/peer0.org1.example.com/tls/ca.crt --peerAddresses localhost:9051 --tlsRootCertFiles ${PWD}/organizations/peerOrganizations/org2.example.com/peers/peer0.org2.example.com/tls/ca.crt -c '{"function":"TransferAsset","Args":["asset6","Christopher"]}'

將看到

EST [chaincodeCmd] chaincodeInvokeOrQuery -> INFO 001 Chaincode invoke successful. result: status:200

之后我們可以使用另一個查詢來查看該呼叫如何更改了賬上資產，對Org2進行環境變數的配置

export CORE_PEER_TLS_ENABLED=true
export CORE_PEER_LOCALMSPID="Org2MSP"
export CORE_PEER_TLS_ROOTCERT_FILE=${PWD}/organizations/peerOrganizations/org2.example.com/peers/peer0.org2.example.com/tls/ca.crt
export CORE_PEER_MSPCONFIGPATH=${PWD}/organizations/peerOrganizations/org2.example.com/users/Admin@org2.example.com/msp
export CORE_PEER_ADDRESS=localhost:9051

查詢運行在peer0.org2.example.com的資產轉移智能合約

peer chaincode query -C mychannel -n basic -c '{"Args":["ReadAsset","asset6"]}'

可以看到“asset6”已經轉移到Christopher下

{"ID":"asset6","color":"white","size":15,"owner":"Christopher","appraisedValue":800}

關閉網路

./network.sh down