區塊鏈中fabric的意思

① 區塊鏈Fabric | 簡明教程

區塊鏈 Fabric 的基礎概念詳解

區塊鏈網路根據參與者的許可權，可分為三種類型：公有鏈（如以太坊），聯盟鏈（如Hyperledger Fabric 2.0），和私有鏈。聯盟鏈的核心在於，成員間認可身份、許可權和責任，遵循統一的交易邏輯和策略。Hyperledger Fabric 的核心組件包括:

• 通道（channel）：邏輯上隔離不同組織的數據，每個通道對應一個獨立的賬本，成員間共享信息。


• 組織（organization）：區塊鏈網路的基本單元，如企業或行業協會。


• 節點（peer）：組織內部運行的基礎設施，分為orderer（負責共識和排序）和peer（處理背書等服務）。


• 智能合約（smart contract）：編程實現的交易規則，通過鏈碼部署在通道中。


• 賬本（ledger）：存儲交易數據的核心，包括區塊（數據的基本存儲單元）和狀態資料庫（記錄當前狀態）。

在經典網路架構中，多個組織通過協議聯合構建Fabric網路，如四個組織R1-R4，其中R4僅作為orderer，負責網路管理。每個組織的節點部署特定應用，如R1的節點P1部署S5，處理交易數據。

交易流程涉及認證、背書、共識等步驟，從應用客戶端提交交易請求，經過智能合約處理，最終寫入orderer節點並傳播至整個網路。私有數據集合則保障數據在特定群體內部的安全。

網路配置包括系統通道和應用通道的定義，通過configtx.yaml文件進行管理和生成。每個節點（orderer或peer）有自己的配置，如core.yaml或orderer.yaml，管理身份和加密服務。

② 淺析 Fabric Peer 節點

Hyperledger Fabric，也稱之為超級賬本，是由 IBM 發起，後成為 Linux 基金會 Hyperledger 中的區塊鏈項目之一。

Fabric 是一個提供分布式賬本解決方案的平台，底層的賬本數據存儲使用了區塊鏈。區塊鏈平台通常可以分為公有鏈、聯盟鏈和私有鏈。公有鏈典型的代表是比特幣這些公開的區塊鏈網路，誰都可以加入到這個網路中。聯盟鏈則有準入機制，無法隨意加入到網路中，聯盟鏈的典型例子就是 Fabric。

Fabric 不需要發幣來激勵參與方，也不需要挖礦來防止有人作惡，所以 Fabric 有著更好的性能。在Fabric 網路中，也有著諸多不同類型的節點來組成網路。其中 Peer 節點承載著賬本和智能合約，是整個區塊鏈網路的基礎。在這篇文章中，會詳細分析 Peer 的結構及其運行方式。

在本文中，假設讀者已經了解區塊鏈、智能合約等概念。

本文基於 Fabric1.4 LTS。

區塊鏈網路是一個分布式的網路，Fabric 也是如此，由於 Fabric 是聯盟鏈，需要准入機制，所以在網路結構上會復雜很多，下面是一個簡化的 Fabric 網路：

各個元素的含義如下：

對於 Fabric 網路，外部的用戶需要通過客戶端應用，也就是圖中的 A1、A2 或者 A3 來訪問網路，客戶端應用需要通過 CA 證書表明自己的身份，這樣才能訪問到 Fabric 網路中有許可權訪問的部分。

在上面的網路中，共有四個組織，R1、R2、R3 和 R4。其中 R4 是整個 Fabric 網路的創建者，網路是根據 NC4 配置的。

在 Fabric 網路中，不同的組織可以組成聯盟，不同的聯盟之間數據通過 Channel 來隔離。Channel 中的數據只有該聯盟中的組織才能訪問，每一個新的 Channel 都可以認為是一條新的鏈。與其他的區塊鏈網路中通常只有一條鏈不一樣，Fabric 可以通過 Channel 在網路中快速的搭建出一個新的區塊鏈。

上面 R1 和 R2 組成了一個聯盟，在 C1 上交易。R2 同時又和 R3 組成了另外一個聯盟，在 C2 上交易。R1 和 R2 在 C1 上交易時，對 R3 是不可見的，R2 和 R3 在 C2 上交易時，對 R1 是不可見的。Channel 機制提供了很好的隱私保護能力。

Orderer 節點是整個 Fabric 網路共有的，用來為所有的交易排序、打包。比如上面網路中 O4 節點。本文不會對 Orderer 節點進行詳細說明，可以把這個功能理解為比特幣網路中的挖礦過程。

Peer 節點表示網路中的節點，通常一個 Peer 就表示一個組織，Peer 是整個區塊鏈網路的基礎，是智能合約和賬本的載體，Peer 也是本文討論的重點。

一個 Peer 節點可以承載多套賬本和智能合約，比如 P2 節點，既維護了 C1 的賬本和智能合約，也維護了 C2 的賬本和智能合約。

為了可以更深入了解 Peer 節點的作用，先了解一下 Fabric 整體的交易流程。整體的交易流程圖如下：

Peer 節點按照功能來分可以分為 背書節點 和 記賬節點 。

客戶端會提交交易請求到背書節點，背書節點開始模擬執行交易，在模擬執行之後，背書節點並不會去更新賬本數據，而是把這個交易進行加密和簽名，然後返回給客戶端。

客戶端收到這個響應之後就會把響應提交到 Orderer 節點，Orderer 節點會對這些交易進行排序，並打包成區塊，然後分發到記賬節點，記賬節點就會對交易進行驗證，驗證結束之後，就會把交易記錄到賬本裡面。

一筆交易是否能成功是根據背書策略來指定的，每一個智能合約都會指定一個背書策略。

Peer 節點代表著聯盟鏈中的各個組織，區塊鏈網路也是由 Peer 節點來組成的，而且也是賬本和智能合約的載體。

通過對上面交易過程的了解可以知道，Peer 節點是主要的參與方。如果用戶想要訪問賬本資源，都必須要和 peer 節點進行交互。在一個 Peer 節點中，可以同時維護多個賬本，這些賬本屬於不同的 Channel 。每個 Peer 節點都會維護一套冗餘賬本，這樣就避免了單點故障。

Peer 節點根據在交易中的不同角色，可以分成背書節點（Endorser）和記賬節點（Committer），背書節點會對交易進行模擬執行，記賬節點才會真正將數據存儲到賬本中。

賬本可以分成兩個部分，一部分是區塊鏈，另一部分是 Current State，也被稱之為 World State。

區塊鏈上只能追加，不能對過去的數據進行修改，鏈上也包含兩部分信息，一部分是通道的配置信息，另一部分是不可修改，序列化的記錄。每一個區塊記錄前一個區塊的信息，然後連成鏈，如下圖所示：

第一個區塊被稱之為 genesis block，其中不存儲交易信息。每個區塊可以被分為 區塊頭 、 區塊數據 和 區塊元數據 。區塊頭中存儲著當前區塊的區塊號、當前區塊的 hash 值和上一個區塊的 hash 值，這樣才能把所有的區塊連接起來。區塊數據中包含了交易數據。區塊元數據中則包括了區塊寫入的時間、寫入人及簽名。

其中每一筆交易的結構如下，在 Header 中，包含了 ChainCode 的名稱、版本信息。Signature 就是交易發起用戶的簽名。Proposal 中主要是一些參數。Response 中是智能合約執行的結果。Endorsements 中是背書結果返回的結果。

WorldState中維護了賬本的當前狀態，數據以 Key-Value 的形式存儲，可以快速查詢和修改，每一次對 WorldState 的修改都會被記錄到區塊鏈中。WorldState 中的數據需要依賴外部的存儲，通常使用 LevelDB 或者 CouchDB。

區塊鏈和 WorldState 組成了一個完整的賬本，World State 保證的業務數據的靈活變化，而區塊鏈則保證了所有的修改是可追溯和不可篡改的。

在交易完成之後，數據已經寫入賬本，就需要將這些數據同步到其他的 Peer，Fabric 中使用的是 Gossip 協議。Gossip 也是 Channel 隔離的，只會在 Channel 中的 Peer 中廣播和同步賬本數據。

智能合約需要安裝到 Peer 節點上，智能合約是訪問賬本的唯一方式。智能合約可以通過 Go、Java 等變成語言進行編寫。

智能合約編寫完成之後，需要打包到 ChainCode 中，每個 ChainCode 中可以包含多個智能合約。ChainCode 需要安裝，ChainCode 需要安裝到 Peer 節點上。安裝好了之後，ChainCode 需要在 Channel 上實例化，實例化的時候需要指定背書策略。

智能合約在實例化之後就可以用來與賬本進行交互了，流程圖如下：

用戶編寫並部署實例化智能合約之後，就可以通過客戶端應用程序來向智能合約提交請求，智能合約會對 WorldState 中數據進行 get、put 或者 delete。其中 get 操作直接從 WorldState 中讀取交易對象當前的狀態信息，不會去區塊鏈上寫入信息，但 put 和 delete 操作除了修改 WorldState，還會去區塊鏈中寫入一條交易信息，且交易信息不能修改。

區塊鏈上的信息可以通過智能合約訪問，也可以在客戶端應用通過 API 直接訪問。

Event 是客戶端應用和 Fabric 網路交互的一種方式，客戶端應用可以訂閱 Event，當 Event 發生時，客戶端應用就會接受到消息。

事件源可以兩類，一類是智能合約發出的 Event，另一類是賬本變更觸發的 Event。用戶可以從 Event 中獲取到交易的信息，比如區塊高度等信息。

在這篇文章中，首先介紹了 Fabric 整體的網路架構，通過對 Fabric 交易流程的分析，討論了 peer 節點在交易中的作用，然後詳細分析了 peer 節點所維護的賬本和智能合約，並分析了 peer 節點維護賬本以及 peer 節點執行智能合約的流程。

文 / Rayjun

[1] https://hyperledger-fabric.readthedocs.io/zh_CN/release-1.4/whatis.html

[2] https://developer.ibm.com/zh/technologies/blockchain/series/os-academy-hyperledger-fabric/

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Gossip_protocol