区块链技术入门(基于Hyperledger Fabric)

qq60b78287d9a6b 2021-07-19 18:37:38 阅读数:649

本文一共[544]字,预计阅读时长:1分钟~
fabric


文章目录


1.具体名词解释

  • 分布式账本
    区块链网络的核心是一个分布式账本,记录网络上发生的所有交易。区块链账本通常被描述为去中心化的 ,因为它会被复制到许多网络参与者中,每个参与者都在协作维护账本。
    除了分散和协作之外,信息仅能以附加的方式记录到区块链上,并使用加密技术保证一旦将交易添加到账本就无法修改。这种“不可修改”的属性简化了信息的溯源,因为参与者可以确定信息在记录后没有改变过。这就是为什么区块链有时被描述为证明系统
  • 智能合约
    为了支持以同样的方式更新信息,并启控制账本所有的功能(交易,查询等),区块链使用智能合约来提供对账本的受控访问。
    智能合约不仅是在网络中封装和简化信息的关键机制,它还可以被编写成自动执行参与者的特定交易的合约。
    例如,可以编写智能合约以规定运输物品的成本,其中运费根据物品到达的速度而变化。根据双方同意并写入账本的条款,当收到物品时,相应的资金会自动转手。
  • 共识
    保持账本在整个网络中同步的过程称为共识。该过程确保账本仅在交易被相应参与者批准时更新,并且当账本更新时,它们以相同的顺序更新相同的交易。
  • 组织、联盟
    在大多数的情况下,多个组织会聚集到一起作为一个联盟来形成一个网络,并且他们的权限是由一套在网络最初配置的时候联盟成员都同意的规则来决定的。并且,网络的规则可以在联盟中的组织同意的情况下随时地被改变。
  • 证书
    在区块链网络中的不同组件之间,彼此是使用证书来标识自己是来自于特定组织的。这就是为什么通常会有多个CA(证书颁发机构)来支持一个区块链网络,因为不同的组织通常会使用不同的 CA。

2.区块链优势

如果业务网络不是由“现代”交易系统代表的效率低下的老鼠窝(译者注:老鼠窝,指乱七八糟的系统),而是有一套在网络上建立身份,执行交易和存储数据的标准方法,那会怎么样?如果资产来源可以通过查看交易列表来确定,此列表一旦写入,无法更改,因此可信任,那会怎么样?

该业务网络看起来更像是这样的:
在这里插入图片描述
这就是一个区块链网络,其中每个参与者都有自己的账本副本。除了共享账本信息之外,还共享更新账本的过程。与今天使用参与者的私人程序更新其私人账本的系统不同,区块链系统具有共享程序来更新共享账本。
利用共享账本协调其业务网络的能力,区块链网络可以减少与处理私人信息相关的时间、成本和风险,同时提高信任和可见性。

3.区块链网络的构建

我们首先给出一个具体的区块链网络:
在这里插入图片描述
四个组织 R1、R2、R3 和 R4,他们共同决定,并且达成了一个协议,他们将会设置并开发一个 Hyperledger Fabric 网络。R4 被分配作为网络的初始者,它有权设置网络的初始版本。R4 不会在网络中去进行任何的业务交易。R1 和 R2 在整个网络中有进行私有通信的需求,R2 和 R3 也是。组织 R1 有一个客户端的应用能够在通道 C1 中进行业务的交易。组织 R2 有一个客户端应用可以在通道 C1 和 C2 中进行类似的工作。组织 R3 可以在通道 C2 中做这样的工作。节点 P1 维护了 C1 的账本 L1 的副本。节点 P2 维护了 C1 的账本 L1 和 C2 的账本 L2 的副本。节点 P3 维护了 C2 的账本 L2 的副本。这个网络是根据在网络配置 NC4 中指定的规则来进行管理的,整个网络由组织 R1 和 R4 管理。通道 C1 是根据在通道配置 CC1 中指定的规则来管理的,这个通道由组织 R1 和 R2 管理。通道 C2 是根据在 通道配置 CC2 中指定的规则来管理的,这个通道由组织 R2 和 R3 管理。这有一个排序服务 O4 作为这个网络 N 的一个网络管理员节点,并且使用系统通道。排序服务同时也支持应用通道 C1 和 C2,来对交易进行排序、加入区块然后分发。每个组织都有一个首选的 CA。

3.1.创建网络

让我们从头开始来创建网络的基础:
在这里插入图片描述
当一个排序服务启动后就形成了这样的一个网络。在我们的示例网络 N 中,排序服务 O4 由一个单独的节点组成,是根据一个网络配置 NC4 来进行配置的。在网络层面上,证书颁发机构 CA4 被用来向管理员和组织 R4 的网络节点分配身份信息。

  • 我们能够看到,在定义网络 N的时候,第一件事情就是定义一个排序服务,O4。对于一个网络在最初就考虑以管理员节点的形式定义这个排序服务是非常有帮助的。就像在之前同意的,O4 最初被配置并且由组织 R4 的一个管理员来启动,并且由 R4 管理。配置 NC4 包含了描述网络管理能力初始集合的规则。最初在网络中集合仅赋予了 R4 这个权利。这个在将来会变化,我们稍后会看到,但是目前 R4 是这个网络中唯一的一个成员。
  • 你也能够看到一个证书颁发机构,CA4,它会被用来给管理者和网络节点颁发证书。CA4 在我们的网络中扮演着重要的角色,因为它会分配 X.509 证书,这个证书能够用来识别属于组织 R4 的组件。由 CA 颁发的证书也可以用来为交易提供签名,来表明一个组织对交易的结果进行背书,背书是一笔交易可以被接受并记录到账本上的前提条件。
  • 将证书同成员组织进行匹配是通过一个称为**成员服务提供者(Membership Service Provider, MSP)**的结构来实现的。网络配置 NC4 使用一个已命名的 MSP 来识别由 CA4 颁发的证书的属性,这些证书会关联到组织 R4 下的证书持有者。NC4 接下来会使用在策略中的这个 MSP 名字来分配在网络资源上的特殊权利。这个策略的一个例子就是,在 R4 中识别管理员,这个管理员可以向网络中添加新的成员组织。我们没有在这些图标中显示 MSP,因为他们会很杂乱,但是他们是非常重要的。

总结:这有一个资源,网络 N,有一些用户能够访问这个网络,这些用户是由一个证书颁发机构 CA4 定义的,他们具有网络配置 NC4 中包含的规则中所描述的在网络 N 中的权利。当我们配置和启动排序服务节点 O4 的时候上边讲的事情都会发生。

3.2.添加网络管理员

NC4 最初被配置为仅仅允许 R4 用户在网络中具有管理的权限。在接下来的阶段,我们会允许组织 R1 用户也具有管理的权限。让我们来看看网络是如何演变的:
在这里插入图片描述
组织 R4 更新了网络配置来使组织 R1 也成为了管理员。现在 R1 和 R4 在网络配置中便具有了相同的权限。

  • 我们看到了新的组织 R1 变成了管理员,R1 和 R4 现在在网络中具有了相同的权限。我们看到证书颁发机构 CA1 也被添加进来了,他用来标识 R1 组织的用户。现在从 R1 和 R4 来的用户就已经是网络的管理员了。
  • 尽管排序节点 O4 是运行在 R4 的基础设施上的,如果 R1 能够访问到的话就可以共享管理的权限。也就是说 R1 或者 R4 可以更新这个网络配置 NC4 来允许组织 R2 进行网络维护中的部分功能。通过这种方式,尽管 R4 运行着排序服务,但是 R1 在其中也具有着全部的管理员权限,R2 具有有限的创建新联盟的权限。
  • 在这个最简单的模式中,排序服务在网络中是一个独立的节点,就像你在例子中看到的。排序服务通常是多节点的,也可以被配置为在不同组织中的不同节点上。比如,我们可能会在 R4 中运行 O4 并连接到 O2,O2 是在组织 R1 中的另一个排序节点。通过这种方式,我们就有了一个多节点、多组织的管理结构。

3.3.定义联盟

尽管这个网络当前可以被 R1 和 R4 管理,但是只有这些还是太少了。我们需要做的第一件事就是定义一个联盟。这个词表示“具有着共同命运的一个群组”,也就是在一个区块链网络中合理地选择出来的一些组织。
让我们来看看如何定义一个联盟:
在这里插入图片描述
网络管理员定义了一个包含两个成员的联盟 X1,包含组织 R1 和 R2。这个联盟的定义被存储在了网络配置 NC4 中,会在接下来的网络开发中被使用。CA1 和 CA2 是这两个组织对应的证书颁发机构。

  • 由于 NC4 的配置方式,只有 R1 和 R4 能够创建新的联盟。这个图标显示了一个新的联盟 X1,它定义了 R1 和 R2 是它的联盟组织。我们也看到了 CA2 也被添加进来标识来自 R2 的用户。注意一个联盟可以包含任意数量的组织,这里我们仅包含了两个组织作为一个最简单的配置。
  • 为什么联盟这么重要?我们能够看到联盟定义了网络中的一部分组织,他们共享了彼此能够交易的需求,在这个示例中就是 R1 和 R2 能够进行交易。这对于一组有着共同的目标的组织来说是有意义的。

3.4.为联盟创建通道

现在让我们来创建对于 Fabric 区块链网络的关键部分——通道。通道是一个联盟中的成员彼此进行通信的主要机制。在一个网络中可能会有多个通道,但是现在让我们从一个通道开始。
让我们来看下第一个通道是如何被添加到这个网络中的:
在这里插入图片描述
使用联盟 X1 为 R1 和 R2 创建的的通道 C1。这个通道通过通道配置 CC1 来进行管理,完全独立于网络配置。CC1 是由 R1 和 R2 管理的,他们在 C1 上具有同等的权利。R4 在 CC1 中是没有任何权利的。

  • 通道 C1 为联盟 X1 提供了一个私有的通信机制。我们能够看到通道 C1 已经关联到了排序服务 O4 但是这并没有附带任何功能。在网络开发的下一个阶段,我们将会连接不同的组件,比如客户端应用和 Peer 节点。但是到目前为止,一个通道就代表了将来要进行连接的可能性。
  • 尽管 C1 是网络 N 中的一部分,它还是跟这个网络非常不同的。同时也要注意到组织 R3 和 R4 并没有在这个通道中,因为这个通道仅仅是为了处理在 R1 和 R2 之间进行的交易的。在上一步中,我们看到了 R4 是如何能够为 R1 分配权限来创建新的联盟。R4 同样也允许 R1 来创建通道。在这个图中,组织 R1 和 R4 创建了通道 C1。
  • 需要注意的是通道 C1 如何具有一个同网络配置 NC4 完全分开的配置 CC1。CC1 包含了赋予 R1 和 R2 在通道 C1 上的权利的规则,就像我们看到的那样,R3 和 R4 在这个通道中没有权限。R3 和 R4 只有被 R1 或 R2 添加到通道配置 CC1 中的规则后才能够跟 C1 进行交互。这样做的一个例子是定义谁能够向通道中添加新的组织。特别要注意的是 R4 是不能够将它自己添加到通道 C1 中的,这个只能由 R1 或者 R2 来授权添加。
  • 为什么通道会如此重要?通道非常有用,因为提供了一个联盟成员之间进行私有通信和私有数据的机制。通道提供了与其他通道以及整个网络的隐私性。网络中不同的联盟之间会需要将不同的信息和流程进行适合的共享,通道为之提供了有效的机制。通道提供了一个有效的基础设施共享,同时保持了数据和通信的隐私性。
  • 我们也能够看到一旦通道被创建之后,它会真正地代表了“从网络中解放出来”。从现在开始和未来,只有在通道配置中指定的组织才能够控制它。同样的,从现在开始,之后的对于网络配置 NC4 的任何改动都不会对通道配置 CC1 造成任何直接的影响。比如如果联盟定义 X1 被改动了,它不会影响通道 C1 的成员。所以通道是有用的,因为他们允许构成通道的组织间进行私有的沟通。并且在通道中的数据跟网络中的其他部分是完全隔离的,包括其他的通道。

3.5.节点和账本

现在,让我们开始使用通道来将这个区块链网络以及组织的组件关联到一起吧。在网络开发的下一个阶段,我们能够看到我们的网络 N 又新增了两个组件,称作 Peer 节点 P1 和账本实例 L1。
在这里插入图片描述
一个 Peer 节点 P1 加入了通道 C1。物理上 P1 会存储账本 L1 的副本。P1 和 O4 可以使用通道 C1 来进行通信。

  • Peer 节点是存储区块链账本副本的网络组件。P1 在这个网络中的目的是单纯地放置被其他人访问的账本 L1 的副本。我们可以想象 L1 会被物理地存储在 P1 上,但是逻辑上是存储在通道 C1 上。
  • P1 的配置中一个关键部分就是一个由 CA1 颁发的 X.509 身份信息,它将 P1 和组织 R1 关联了起来。当 P1 启动之后,它就可以使用排序 O4 加入通道C1。当 O4 收到这个加入请求,它会使用通道配置 CC1 来决定 P1 在这个通道中的权限。比如,CC1 决定 P1 是否能够向账本 L1 中读取或写入信息。

3.6.应用程序和智能合约链码

现在通道 C1 拥有了一个账本,我们可以连接客户端应用来使用由 Peer 节点提供的服务了。
在这里插入图片描述
智能合约 S5 被安装在了 P1 上。在组织 R1 中的客户端应用 A1 可以通过 Peer 节点 P1 使用 S5 来访问账本。A1、P1 和 O4 都加入了通道 C1,他们都可以使用由这个通道提供的通信设施。

  • 在网络开发的下一个阶段,我们可以看到客户端应用 A1 能够使用通道 C1 来连接指定的网络资源,在这个示例中,A1 能够连接 Peer 节点 P1 和排序节点 O4。再次注意,看看通道是如何处在网络和组织的组件的通信中心的。就像 Peer 节点和排序节点一样,客户端应用也会有一个使它和组织相关联的身份信息。在我们的例子中,客户端应用 A1 是跟组织 R1 相关联的,尽管它处在 Fabric 区块链网络的外边,但它是可以通过通道 C1 跟网络相连的。
  • 现在我们能够清楚地看到 A1 能够通过 P1 直接访问账本 L1,但是事实上,所有的访问都是由一个称为智能合约链码 S5 的特殊程序来管理的。将 S5 理解为定义访问账本的常规模式,S5 提供了一套完整的定义来对账本 L1 进行查询及更新。简言之,客户端应用 A1 需要通过智能合约 S5 来获得账本 L1。
  • 智能合约可以被每个组织的应用开发者创建来实现一个在联盟成员间共享的业务流程。当网络变得更大了之后,这个会更容易理解。现在,需要理解的重要的事情是,为了达到这一点,需要对智能合约执行两项操作,它必须被安装,然后在通道中被定义
  • 安装链码包
    在智能合约 S5 被开发完之后,组织 R1 中的管理员必须要把它安装到节点 P1 上。这是一个很简单的操作。当完成之后,P1 就完全了解了 S5。特别地,P1 能够看到 S5 的实现逻辑(用来访问账本 L1 的程序代码)。我们将这个同 S5 的接口进行对比,接口只是描述了 S5 的输入和输出,但是没有它的实现。
    当一个组织在一个通道中有多个 Peer 节点时,可以选择在哪个节点安装智能合约,而不需要每个 Peer 节点上都安装。
  • 定义链码
    尽管链码会被安装在组织的 Peer 节点上,但是它是在一个通道范围内被管理和维护的。每个组织需要批准一个链码定义,和一系列参数来定义在一个通道中链码应该被如何使用。一个组织必须要批准一个链码定义,才能使用已经安装的智能合约来查询账本和为交易背书。在我们的例子中,只有一个单独的 Peer 节点 P1,一个组织中的管理员 R1 必须要批准 S5 的链码定义。
    在链码定义能够被提交到通道并且用来同通道账本进行互动之前,需要有效数量的组织来批准一个链码的定义(默认为大多数)。因为通道中只有一个成员,R1 的管理员可以提交 S5 的链码定义到通道 C1。当这个定义提交后,S5 就可以被客户端应用 A1 调用了!
    注意,虽然在这个通道上的每个组件现在都可以访问 S5,但是他们是不能够看到它的程序逻辑的。这对于安装了这个智能合约的节点还是保持隐私性的,在我们的示例中指的是 P1。从概念上讲,这意味着实际上是定义并提交了智能合约的接口到通道,而不是安装了只能合约的实现。为了强调这个想法,安装智能合约展示了我们是如何将它物理地存储在 Peer 节点上,而实例化智能合约展示了我们是如何将它逻辑地存储在通道中。
  • 背书策略
    在链码定义提供的信息中最重要的部分就是背书策略。它描述了在交易被其他的组织接受并存储在他们的账本副本上之前,哪些组织必须要同意此交易。在我们的示例网络中,只有当 R1 和 R2 对交易进行背书之后,交易才能够被接受并存储到账本 L1 中。
  • 调用智能合约
    当智能合约被安装在 Peer 节点并且在通道上定义之后,它就可以被客户端应用调用了。客户端应用是通过发送交易提案给智能合约背书策略所指定的 Peer 的节点方式来调用智能合约的。这个交易的提案会作为智能合约的输入,智能合约会使用它来生成一个背书交易响应,这会由 Peer 节点返回给客户端应用。
    这些交易的响应会和交易的提案打包到一起形成一个完整的经过背书的交易,他们会被分发到整个网络。
    在网络开发的这个阶段,我们能够看到组织 R1 完整参与了这个网络。它的应用,从 A1 开始,通过智能合约 S5 访问账本 L1,并生成将要被 R1 背书的交易,最后会被接受并添加到账本中,因为这满足了背书策略。

3.7.完成网络

我们的目标是为联盟 X1(由组织 R1 和 R2 构成)创建一个通道。网络开发的下一个阶段是将组织 R2 的基础设施添加到网络中。
让我们看一下网络是如何演进的:

在这里插入图片描述
这个网络通过增加新组织 R2 的基础设施变得更大了。具体来说,R2 添加了 Peer 节点 P2,它会存有账本 L1 的一个副本,和链码 S5。R2 像 R1 一样批准了相同的链码定义。P2 也加入了通道 C1,也有一个客户端应用 A2。A2 和 P2 使用由 CA2 颁发的证书来标识 A2 和 P2。所有这些都说明了 A1 和 A2 能够使用 Peer 节点 P1 或者 P2 来调用在 C1 上的 S5。

  • 我们能够看到组织 R2 在通道 C1 上添加了 Peer 节点 P2。P2 也存储了账本 L1 和智能合约 S5 的副本。R2 也添加了客户端应用 A2,它能够通过通道 C1 连接到网络。为了达到这个目的,组织 R2 的管理员添加了 Peer 节点 P2 并且将它加入到通道 C1,就像 R1 的管理员一样。管理员也必须要像 R1 那样批准相同的链码定义。
  • 目前,我们定义了一个通道,在这个通道中组织 R1 和 R2 能够彼此进行交易。特别地,这意味着 A1 和 A2 能够使用在通道 C1 上的智能合约 S5 和账本 L1 来生成交易。
  • 相较于经常会存有账本副本的 Peer 节点,我们能够看到两种类型的 Peer 节点,一类是存储智能合约而另一类则不存。在我们的网络中,每个 Peer 节点都会存储智能合约的副本,但是在一个更大的网络中,会存在更多的 Peer 节点并且没有存储智能合约的副本。节点只有在安装了智能合约之后才能够运行它,但是这个 Peer 节点可以通过连接到通道来获取一个智能合约的接口信息。
  • 对于没有安装智能合约的 Peer 节点,我们不应该认为他们在某种程度上是较差的。更多情况下,带有智能合约的 Peer 节点通常会拥有一个特殊的能力——帮助生成交易。需要注意的是所有的 Peer 节点都可以验证接受或者拒绝交易存入他们的账本 L1 的副本中。然而,只有安装了智能合约的 Peer 节点才能够参与交易背书的流程,这是生成一笔有效交易的核心。
版权声明:本文为[qq60b78287d9a6b]所创,转载请带上原文链接,感谢。 https://blog.51cto.com/u_15251606/2867818