Fabric 架构和概念

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本文基于fabric 1.0.4版本,如果相关概念有所改动,请以官方文档为准

基本架构

fabric构建的区块链网络是一个分布式系统,包含了一些逻辑节点,这些逻辑节点各司其职,完整的执行着交易的发起,验证,账本状态更新,一致性等功能

主要概念

chaincode

chaincode是一个按照一定规范实现的应用程序,运行于容器中,chaincode可以被安装到peer上,应用程序(客户端)通过发起交易请求,endsorer peer执行chaincode并进行签名,经过orderer的验证后,下发到对应的channel中,对账本进行更新。

交易

fabric中的交易分为两种,一是发布chaincode到peer的deploy transaction,二是chaincode的执行,称为invoke transaction;其实还可能存在query transaction(v1版本加入)和cross-chaincode transaction(v1之后的版本会加入),不过不在本文讨论范围内。

Membership Service Provider

由于fabric提供了权限控制,因此,对于peer和client来说,对于交易的结果和交易本身,都需要进行授权,这个组件是一个抽象的接口,它定义了提供权限控制的一系列标准,对于不同的网络,可以通过注入不同的实现来实现自己的认证授权机制。

Member

member是fabric中最粗的逻辑单位,一个member可以类比于一个参与该交易网络的组织,例如在电商网络中,京东,淘宝都是一个member,这个member包含自己的root CA ,自己的集群用于维护账本。

区块链的结构

状态

整个区块链的状态可以看作是一个 versioned KVS(带有版本的 key-value store,类似于git仓库),这些kv通过chaincode(智能合约)进行更新,它只提供了put和get方法,所有的状态变更都有日志记录。


KVS状态结构

账本

如上所述,区块链的账本,其实就是其 KVS模型的当前状态。并且账本会记录所有的成功或失败的交易请求。账本的修改都来自于orderer下发的事件,其中包含了打包好的block,这些block中,既包含成功的交易,也包含失败的交易,经过排序后形成一个顺序存储的结构保存在block中,而账本(区块链)就是这样一个一个block首尾相连所形成的数据集合。

分布式账本

前文提到了,所有的node上,都会存在一个当前账本(或子集)的副本,是否是子集,取决于该节点所在的组织(organization)是否能看到所有的交易信息。而最全的账本,是在orderer node上,称之为orderer ledger,而存在于peer node上的账本,则称之为peerledger,peer还在本地维护了一个bitmap,用于标记ledger中哪些交易是invalid的,而ordererledger则主要作为(peerledger的)容错和高可用而存在。

node

fabric 1.0中,定义了三种node,分别是:

  1. client
  2. peer
  3. orderer

client

client模拟的是交易网络中的普通用户,普通用户连接到某个peer上,调用注册在该peer上的某个chaincode,从而完成对账本的更新

peer

peer node通过channel和orderer node建立了一种 发布/订阅的关系,orderer service会把其关心的息发通过channel发送给peer node,peer接收到这些交易后,就会更新本地账本(peerledger)的状态,peer可以说是fabric网络中最基本的节点,所有的账本和智能合约都存储在其中,同时,anchor peer负责某个org在某个网络中的代表,而lead peer则是本org的所有peer的首脑,order通过peer将数据的更新扩散到org

orderer

由于fabric是一个分布式系统,因此每个node上都存储着一个账本,而当各个节点要对账本状态的修改时,必须有一个机制保证所有的这些CUDR操作的一致性,这就是orderer service,orderer service由一些orderer node组成,将所有提交的交易进行排序,验证,然后分发给对这个交易感兴趣(订阅了某个channel)的member(organization),使副本和原始账本保持一致。

orderer API

broadcast(blob): 客户端使用这个API来发起一次提交请求,该消息blob会被endsor,然后将其结果发送给orderer
deliver(seqno, prevhash, blob):当orderer service验证了某个交易是有效性的(valid)后,会使用该API分发消息到对应的channel,所有订阅了这个channel的peer都会收到这个deliver消息,消息包含一个正整数序列号(seqno),前一个blob的hash值和blob消息体的

orderer特性

一言以蔽之,orderer有如下几个特性

  1. 一致性:经过orderer deliver的交易,seqno一定时,blob和prevhash都一样
  2. hash链的完整性:对于deliver(seqno, hash0, blob0)和deliver(seqno-1, hash1, blob1),HASH(seqno-1, hash1, blob1) == hash0
  3. 不会凭空创造交易:每一次deliver,都是由于一次boardcast产生的。
  4. 不会缺失交易:如果一个deliver(seqno, hash, blob)已经发生,那么一定有deliver(seqno-1, hash0, blob0) ... deliver(0, default-hash, blob)
  5. 不会重复交易:如果产生了两次 boardcast(blob),boardcast(blob1),则deliver(seqno1, hash, blob1)和deliver(seqno, hash0, blob)中,seqno1==seqno,
    hash==hash0,blob==blob1

channel

channel可以理解为一个独立的交易网络,每一个channel都维护着自己的账本,也可以理解为,一个账本对应了一个channel,这个channel中的账本的状态由所有订阅了该channel的member(organization)维护

更多概念可以参考 glossary

结论

总的来说,fabric的交易网络可以如下图所示:


transaction flow
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