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Hyperledger架构解读:Hyperledger Fabric1.0架构概览

2017-02-07 01:02 闫洪坤 来源:闫洪坤
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  Hyperledger是被业界非常看到的联盟链的实现,包括IBM、Intel、R3、各个大型商业银行等都参与其中,带给我们关于区块链技术与软件工业、金融、保险、物流等领域碰撞结合的想象空间;在这个联盟中,有超过1/4的成员都来自中国,这更是我们对于它的一举一动都非常关注。很大程度上,Hyperledger和它背后的联盟体系就代表着区块链在产业环境中的未来(仅仅个人观点,欢迎拍砖,呵呵 :-))。

  作为最重要的子项目,在联盟推出Fabric 0.6版本后,最新的Fabirc 1.0 版本也即将问世,今天我们来走马观花地领略一下最新版本(1.0)的总体架构,对于这个承载产业梦想的新生事物有个基本的认识。

  说明:本文章仅仅是个概览,具体的细节可以参考官网和github站点文档;本人也只是从这些地方将信息汇集了一下,权作为是”借花献佛“了。

  Fabric1.0总体架构

  Hyperledger的fabric当前的稳定版本是0.6版,在讲解1.0版本之前,我们先看看0.6版本的总体架构:

refarch

对应的0.6版本的运行时架构:

0.6deploy

  0.6版本的架构特点是:

  结构简单: 应用-成员管理-Peer的三角形关系,主要业务功能全部集中于Peer节点;

  架构问题:由于peer节点承担了太多的功能,所以带来扩展性、可维护性、安全性、业务隔离等方面的诸多问题,所以0.6版本在推出后,并没有大规模被行业使用,只是在一些零星的案例中进行业务验证;

  针对上述问题,1.0版本做了很大的改进和重构:

  这是最新的1.0运行时架构:

 
 
10deploy

  1.0 架构要点:

  分拆Peer的功能,将Blockchain的数据维护和共识服务进行分离,共识服务从Peer节点中完全分离出来,独立为Orderer节点提供共识服务;

  基于新的架构,实现多通道(channel)的结构,实现了更为灵活的业务适应性(业务隔离、安全性等方面)

  支持更强的配置功能和策略管理功能,进一步增强系统的灵活性和适应性;

  备注:最新的1.0版本中,上图中的Membership服务已经改名为fabric-ca

  1.0版本架构目标

  从Fabric的新架构设计的建议文档看,1.0版本的设计目标如下:

  chaincode信任的灵活性:支持多个ordering服务节点,增强共识的容错能力和对抗orderer作恶的能力

  2. 扩展性: 将endorsement和ordering进行分离,实现多通道(实际是分区)结构,增强系统的扩展性;同时也将chaincode执行、ledger、state维护等非常消耗系统性能的任务与共识任务分离,保证了关键任务(ordering)的可靠执行

  保密性:新架构对于chaincode在数据更新、状态维护等方面提供了新的保密性要求,提高系统的业务、安全方面的能力

  共识服务的模块化:支持可插拔的共识结构,支持多种共识服务的接入和服务实现

  架构特点

  Hyperledger fabirc 1.0 版本的在0.6版本基础上,针对安全、保密、部署、维护、实际业务场景需求等方面进行了很多改进,特别是Peer节点的功能分离,给系统架构具备了支持多通道、可插拔的共识的能力,使得Fabric脱离了0.6版本带给人的青涩感(仅仅是个”验证与演示“版的,呵呵),已经接近于工业应用的需求;

  我们现在看看 1.0版本的关键架构:

  多链与多通道

  Fabric 1.0 的重要特征是支持多chain和多channel;

  所谓的chain(链)实际上是包含Peer节点、账本、ordering通道的逻辑结构,它将参与者与数据(包含chaincode在)进行隔离,满足了不同业务场景下的”不同的人访问不同数据“的基本要求。

  同时,一个peer节点也可以参与到多个chain中(通过接入多个channel);如下图所示

multichain

  关于通道:通道是有共识服务(ordering)提供的一种通讯机制,类似于消息系统中的发布-订阅(PUB/SUB)中的topic;基于这种发布-订阅关系,将peer和orderer连接在一起,形成一个个具有保密性的通讯链路(虚拟),实现了业务隔离的要求;通道也与账本(ledger)-状态(worldstate)紧密相关;如下图所示:

multichannel

  共识服务与(P1、PN)、(P1、P2、P3)、(P2、P3)组成了三个相互独立的通道,加入到不同通道的Peer节点能够维护各个通道对应的账本和状态;也其实也对应现实世界中,不同业务场景下的参与方,例如银行、保险公司;物流企业、生产企业等实体结构;我们可以看到channel机制实际上是的Fabric建模实际业务流程的能力大大增强了,大家可以发挥想象力去找到可能的应用领域

  交易(数据)流程说明

  新版本的架构变化导致新的交易流程的变化,我们简述如下:

  总体流程如下图所示:

 
 
invoke

  应用程序通过SDK发送请求道Peer节点(一个或多个)

  peer节点分别执行交易(通过chaincode),但是并不将执行结果提交到本地的账本中(可以认为是模拟执行,交易处于挂起状态),参与背书的peer将执行结果返回给应用程序(其中包括自身对背书结果的签名)

  应用程序 收集背书结果并将结果提交给Ordering服务节点

  Ordering服务节点执行共识过程并生成block,通过消息通道发布给Peer节点,由peer节点各自验证交易并提交到本地的ledger中(包括state状态的变化)

  上述过程对应的执行序列图如下:

commit相关流程

  在新的架构中,Peer节点负责维护区块链的账本(ledger)和状态(State),本地的账本称为PeerLedger,其结构如下:

ledger

  我们可以看到,整个区块结构分为文件系统存储的Block结构和数据库维护的State状态,其中state的存储结构是可以替换的,可选的实现包括各种KV数据库(LEVELDB,CouchDB等);

  上边就是我们对Fabric 1.0版本的简要介绍,由于Fabric的复杂性,后续我也会针对1.0版本中的技术细节和实现机制进行专题说明,敬请关注;

  同时,1.0 版本的代码和文档每天都在更新,请大家关注官网和github,这里是最好学习天地。

  最后说民一下大家比较关心的版本计划:

  1.0版本的版本计划

  下边是剧透的官方开发计划,只是“Proposed“,也许随时会有变化哦:

roadmap

  从官方公布的计划看,1.0版本应该可以在3月份完成release,让我们期待这个最新版本的诞生吧。

  备注:Fabric的1.0版本的代码已经可以初步运行起来了,可以参考万达季总的:Hyperledger Fabric V1.0– 开发者快速入门 :https://zhuanlan.zhihu.com/p/25070745

  参考文档

  官网: www.hyperledger.org

  Github地址: https://github.com/hyperledger/fabric

  fabric下一代共识架构提案:hyperledger/fabric

  Fabric多通道和下一代账本设计:https://zhuanlan.zhihu.com/p/24605987

  原文作者: 闫洪坤; 一个区块链爱好者,希望和大家一起推进区块链的产业应用,欢迎和我交流;

  email: hibluebird@qq.com

  我的微信: bluebirdyan

 

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文章来源:http://www.8btc.com/hyperledger-fabric1-0

编译者/作者:闫洪坤

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