Hyperledger Fabric 架构概览

news2024/7/30 8:58:41

fabric 版本 v2.4.1

超级账本 Fabric 自诞生以来已经发布了两个主要版本：1.0 系列版本（2017 年 7 月）和 2.0 系列版本（2020 年 1 月）。2016 年 9 月，Fabric 发布了 v0.6.0 预览版本，通过这一版本社区收集了大量来自实践的反馈和建议，主要集中在性能、安全、可扩展性等方面。2017 年 7 月推出 1.0 系列版本，这一版本重新设计了整体架构，改善了可扩展性和安全性，消除了性能瓶颈，首次实现每秒数千次的吞吐性能。最新的 2.0 系列版本则进一步提高了可扩展性和安全性。重新设计了链码生命周期管理，支持外部链码来解耦 Peer 和链码；同时扩展了共识机制，能够更好地支持 Raft 等扩展性更优的共识算法。

核心特性

目前，为了实现安全、可扩展、易管理的企业级分布式账本，Fabric 在架构设计上主要包括了如下特性：

●采用 “背书（Endorse）-> 排序（Order）-> 提交（Commit）” 模型，解耦排序处理与其他逻辑，消除网络整体瓶颈。

●交易节点逻辑上分为背书节点（Endorser）、记账节点（Committer）等角色，允许根据负载情况调整部署。

●支持多通道特性，不同通道之间的账本数据彼此完全隔离。配合私密数据库和权限管理，实现细粒度的隐私保护。

●支持可拔插的架构，包括共识、权限管理、加解密、账本机制、链码执行等模块，支持多种实现和多种合约语言。

●支持运行时的管理接口，可以在线查询健康状态和系统的各项运行指标，实时变更日志级别等，方便运维管理。

●集成了身份证书管理服务，通过 Fabric CA 项目提供完整的证书签发和撤销等管理功能。

整体架构

超级账本 Fabric 的整体架构，包括应用、账本、链码、区块链结构、数据库、共识、权限管理、数字证书、网络层等多个组件。

其中，账本是最核心的资源，记录合约和交易数据，应用通过发起交易调用合约来向账本中记录数据。合约执行的逻辑通过链码来实现。多个节点共同组成网络，网络运行中发生的事件可以通过事件机制通知给应用甚至其他系统。权限管理则负责在整个过程中进行合适的访问控制。

账本实现依赖于核心的区块链结构、数据库存储、共识机制等技术；链码实现则依赖容器、状态机等技术；权限管理利用了已有的 PKI 体系、数字身份证书、加解密算法等诸多安全技术。

最底层由多个节点组成 P2P 网络，彼此通过 gRPC 通道进行交互，利用 Gossip 协议进行数据同步。层次化结构提高了架构的可扩展和可插拔性，底层开发者在二次开发时仅需修改相关的模块单元。

典型工作流程

根据交易生命周期各个阶段工作负载侧重不同的特点，Fabric 将网络内节点分为 CA 节点、Orderer（排序）节点和 Peer 节点三大类。Peer 节点在逻辑上全部对应通道内的记账节点，部分 Peer 节点还可兼任背书节点（Endorser）角色。这种角色分工，可以让不同类型节点专注处理自己所擅长的业务。

●客户端创建请求：客户端应用使用 SDK 与 Fabric 网络打交道。首先，客户端从 CA 获取合法的身份证书以便加入网络内的应用通道。发起正式交易前，需要先构造交易提案（Proposal）提交给 Endorser 进行背书。客户端收集到足够（背书策略决定）的背书支持后，可以利用背书构造一个合法的交易请求，发给 Orderer 进行排序处理。客户端还可以通过事件机制来监听网络中消息，获知交易是否被成功接收。

●Endorser 节点进行背书：主要提供供客户端调用，完成对交易提案的背书（目前主要是签名）处理。收到来自客户端的交易提案后，首先进行合法性和 ACL 权限检查，检查通过则模拟运行交易，对交易导致的状态变化（以读写集形式记录，包括所读状态的键和版本，所写状态的键值）进行背书，并返回结果给客户端。

●Committer 节点更新账本：负责维护区块链结构和数据库（包括状态数据库、历史数据库、索引数据库等）。该节点定期地从 Orderer 或领导节点获取排序后的批量交易区块结构，对这些交易进行落盘前的最终检查（包括交易消息结构、签名完整性、是否重复、读写集合版本是否匹配等）。检查通过后，将合法交易的执行结果写入账本，同时构造新的区块，更新区块中 BlockMetadata [2]（TRANSACTIONS_FILTER）元数据，添加合法性标记。所有 Peer 都担任 Committer 角色。

●排序节点进行排序：Orderer 为网络中所有合法交易进行全局排序，并将排序后的一批交易组合生成区块结构。Orderer 不需要与交易内容打交道。

●CA 管理身份证书：参照 PKI 架构，负责网络中所有证书的管理（签发的、撤销等）。实现位于单独的 fabric-ca 项目中。CA 在签发证书后，自身并不参与网络中的交易过程。