【Hyperledger Fabric】學習筆記1—— 區(qū)塊鏈介紹

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1. 區(qū)塊鏈介紹

1.1 區(qū)塊鏈技術起源

1.1.1 區(qū)塊鏈技術

1.1.2 區(qū)塊鏈技術發(fā)展

1.2 區(qū)塊鏈核心技術

1.2.1 定義

1.2.2 區(qū)塊鏈技術原理

1.2.3 區(qū)塊鏈工作過程

1.3 區(qū)塊鏈開發(fā)平臺

1.3.1 公有鏈平臺

1.3.2 聯(lián)盟鏈系統(tǒng)

1.3.3 應用場景

1. 區(qū)塊鏈介紹

1.1 區(qū)塊鏈技術起源

1.1.1 區(qū)塊鏈技術

區(qū)塊鏈技術：也稱為分布式賬本技術，是一種互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫技術，其特點是去中心化、公開透明，每個
人均可參與數(shù)據(jù)庫記錄，同時數(shù)據(jù)不可篡改。
通俗理解：把數(shù)據(jù)庫比喻為一個賬本，一次記賬的行為就是一次數(shù)據(jù)庫的讀寫；當產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)時，將
由在一段時間內(nèi)最快拿到記賬權的人記賬，然后把這個賬本信息發(fā)給整個系統(tǒng)里的其他人；所有人達成
共識時，本次記賬有效，最終任何人無權修改賬本上的數(shù)據(jù)。

1.1.2 區(qū)塊鏈技術發(fā)展

區(qū)塊鏈在應用上分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈。

區(qū)塊鏈技術發(fā)展經(jīng)歷了區(qū)塊鏈1.0、區(qū)塊鏈2.0和區(qū)塊鏈3.0三個階段。

區(qū)塊鏈1.0：該階段以比特幣為代表的去中心“虛擬貨幣”，是與轉(zhuǎn)賬、匯款和數(shù)字化支付相關的“密碼
學貨幣”應用，主要以公有鏈方式存在。

區(qū)塊鏈2.0：該階段區(qū)塊鏈技術被廣泛應用于各個金融領域，主要以公有鏈、聯(lián)盟鏈方式存在。在區(qū)塊
鏈1.0的基礎上，將智能合約添加到區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，形成可編程金融，大大擴展了區(qū)塊鏈技術的應用范
圍。

區(qū)塊鏈3.0：該階段區(qū)塊鏈技術被應用到除金融以外的各個領域，不再需要在第三方信任認證機構的前
提下，實現(xiàn)信息的交換和共享，實現(xiàn)人與人之間的信任；主要以公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈方式存在。

1.2 區(qū)塊鏈核心技術

1.2.1 定義

區(qū)塊鏈就是一種特殊的分布式數(shù)據(jù)庫，使用現(xiàn)有的各種成熟的技術，把各種技術集成在一起，實現(xiàn)多
方共識、去中心化、分布式和不可篡改等技術特點。

區(qū)塊鏈技術是結合各種技術建立出的一種全新的技術架構。保證分布式數(shù)據(jù)庫區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)的一致性，
以達到去中心化和不可篡改的目的。區(qū)塊鏈核心技術有點對點傳輸、加密算法和共識機制等。

1）點對點傳輸：指使用P2P網(wǎng)絡協(xié)議實現(xiàn)端對端的數(shù)據(jù)傳輸；在區(qū)塊鏈中進行的交換（如：轉(zhuǎn)賬和
交易），不需要經(jīng)過第三方擔保機構的確認和授權。

2）加密算法：分為對稱機密算法和非對稱加密算法，在區(qū)塊鏈中主要使用非對稱加密算法。非對稱
加密算法是指為滿足安全性需求和所有權驗證需求而集成到區(qū)塊鏈中的加密技術。非對稱加密在加密
和解密過程中使用兩個非對稱的密鑰，分別為公鑰和私鑰。非對稱密鑰有兩個特點：
    ① 使用一個密鑰（公鑰或私鑰）加密信息后，只能用另一個對應的密鑰才能解開；
    ② 公鑰向所有人公開，私鑰保密，任何人無法通過公鑰推算出相應的私鑰。

3）共識機制：是指在一個時間段內(nèi)對事物的前后順序達成一致的算法，它是區(qū)塊鏈的基礎，也是區(qū)塊
鏈的靈魂。在區(qū)塊鏈上，每個節(jié)點都會有一份記錄在鏈上的所有的交易賬本，鏈上每產(chǎn)生一筆新的交
易，每個節(jié)點收到信息的時間都不一樣，為了防止信息被破壞地寫入?yún)^(qū)塊中，需要所有節(jié)點對接收到
的信息進行確認。
    共識機制目前有工作量證明機制（POW）、股權證明機制（POS）、授權股權證明機制（DPOS）和
實用拜占庭容錯算法（PBFT）。
    POW：是比特幣使用的共識機制，是通過一定的工作量，獲取相應的獎勵，算力越高，那么所獲取
的時間就會越短，并且獲取的“代幣”獎勵就越大。這種計算過程被形象地稱為“挖礦”。
    POS：是通過“持幣”而產(chǎn)生利息，并且對驗證人和節(jié)點進行獎勵。獲得的獎勵不是通過算力挖礦而
是通過“持幣”而產(chǎn)生的利息。
    DPOS：與POS基本類似，只是DPOS選擇了一些節(jié)點來代表以后的交易驗證和記賬。
    PBFT：以計算為基礎，沒有“代幣”獎勵，由鏈上所有節(jié)點參與投票，少于（N-1）/3個節(jié)點反對
時就獲得公式信息的權利。

1.2.2 區(qū)塊鏈技術原理

基本概念：

1）交易：一次操作，導致賬本狀態(tài)的一次改變，如添加一條記錄。
2）區(qū)塊：記錄一段時間內(nèi)發(fā)生的交易和狀態(tài)結果，是對當前賬本狀態(tài)的一次共識。
3）鏈：由一個個區(qū)塊按照發(fā)生順序串聯(lián)而成，是整個狀態(tài)變化的日志記錄。

注意：每一次交易，都需要對賬本狀態(tài)進行一次改變，生成一個區(qū)塊，需要所有人確認，達成全員
共識時，該區(qū)塊才生效。

區(qū)塊鏈通過Hash算法，生成一串字符串，把字符串保存在區(qū)塊的頭部中，一個區(qū)塊通過指向上一個
區(qū)塊Hash值從而加入?yún)^(qū)塊鏈中。（Hash算法是一種單向的加密方式，加密后的密文不可逆推，只有
加密過程，沒有解密過程。區(qū)塊鏈中使用SHA-256算法對區(qū)塊進行加密）。

區(qū)塊是區(qū)塊鏈中的主要數(shù)據(jù)存儲結構，一個區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分組成，區(qū)塊頭保存著區(qū)塊
之間的連接信息，區(qū)塊體保存著業(yè)務數(shù)據(jù)信息。

區(qū)塊結構如下：

【Hyperledger Fabric】學習筆記1—— 區(qū)塊鏈介紹

?區(qū)塊鏈結構如下：

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?????????一個區(qū)塊的區(qū)塊頭中保存著上一個區(qū)塊的Hash值（previous hash字段），所以通過某個區(qū)塊就可以找到整個區(qū)塊鏈的第一個區(qū)塊。

區(qū)塊鏈是如何保證數(shù)據(jù)的可靠性：篡改一個區(qū)塊時，需要修改區(qū)塊鏈中后面的所有區(qū)塊，計算一個
區(qū)塊的Hash值是極其困難的，再加上還需要修改后面的所有區(qū)塊的Hash值，則難上加難，所以篡改
區(qū)塊鏈中的業(yè)務信息就成為幾乎不可能做到的事，這保證了區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)的可靠性。

1.2.3 區(qū)塊鏈工作過程

? ? ? ? 區(qū)塊鏈的工作過程包括交易產(chǎn)生、交易廣播、節(jié)點計算、獲取記賬權、記賬權廣播、驗證區(qū)塊和完成記賬7步，如下圖：

【Hyperledger Fabric】學習筆記1—— 區(qū)塊鏈介紹

區(qū)塊鏈的工作過程：
    1）交易產(chǎn)生：用戶向區(qū)塊鏈發(fā)布一筆交易信息，將產(chǎn)生交易；
    2）交易廣播：當產(chǎn)生一筆新交易時，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡會將其廣播出去，網(wǎng)絡中的其他節(jié)點都會受到
該交易信息；
    3）節(jié)點計算：收到交易信息的節(jié)點會把新交易放到區(qū)塊中，通過共識算法決定誰有記賬權；
    4）獲取記賬權：根據(jù)不同的共識算法，其中一個節(jié)點將獲取記賬權，如使用POW計算，最快的
節(jié)點將獲取記賬權；
    5）記賬權廣播：獲取記賬權的節(jié)點把信息廣播給網(wǎng)絡中的所有節(jié)點；
    6）驗證區(qū)塊：收到廣播信息的節(jié)點對區(qū)塊所包含的交易信息進行驗證，確認有效后，接收該區(qū)
塊，并在區(qū)塊鏈尾部接上新的區(qū)塊。
    7）完成記賬：所有節(jié)點全部接收該區(qū)塊后，完成一個新區(qū)塊上鏈，網(wǎng)絡中的節(jié)點等待下一個交
易的產(chǎn)生。

1.3 區(qū)塊鏈開發(fā)平臺

? ? ? ? 區(qū)塊鏈的兩大開發(fā)平臺——公有鏈平臺和聯(lián)盟鏈系統(tǒng)。

1.3.1 公有鏈平臺

    最著名的公有鏈平臺是以太坊。

    以太坊平臺以公有鏈為主，方便開發(fā)者在其平臺上使用區(qū)塊鏈技術開發(fā)去中心化應用，在應用
中運用Solidity來編寫與區(qū)塊鏈交互的智能合約，運用Truffle框架來部署和運行合約，最后使用
Geth或TestRPO來搭建測試網(wǎng)絡，測試通過后便可部署到以太坊正式環(huán)境中。

    EOS可與以太坊比肩，是為商用分布式應用設計的一款區(qū)塊鏈操作系統(tǒng)，它引入了一種新的區(qū)塊
鏈架構，實現(xiàn)了分布式應用的性能擴展，每秒交易數(shù)可達到百萬級，比以太坊每秒幾十筆更適合高并
發(fā)場景。

1.3.2 聯(lián)盟鏈系統(tǒng)

    區(qū)塊鏈開源系統(tǒng)以Hyperledger Fabric（旨在推動區(qū)塊鏈跨行業(yè)應用的開源項目，在金融、
銀行、供應鏈等領域?qū)嵺`）為主，無須關心區(qū)塊鏈的底層技術，只須專注業(yè)務需求，在其基礎上
搭建出滿足業(yè)務邏輯的區(qū)塊鏈應用。

1.3.3 應用場景

區(qū)塊鏈1.0：比特幣

區(qū)塊鏈2.0：在區(qū)塊鏈1.0架構的基礎上，加上智能合約技術，應用擴展到金融領域，解決了跨境支付
與結算、貿(mào)易金融等行業(yè)痛點，大幅減少了人工核對工作，為金融機構節(jié)省了成本。

區(qū)塊鏈3.0：各種行業(yè)使用區(qū)塊鏈技術解決本行業(yè)的痛點。區(qū)塊鏈去中心化、不可篡改和數(shù)據(jù)本地化存
儲的特性，給傳統(tǒng)的架構方式帶來了變革，會最終改善人類互信的社會關系。

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