什么是區(qū)塊鏈？簡單來說區(qū)塊鏈就是一個分布式的記賬本，或者分布式的數(shù)據(jù)庫。

區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個鏈表，交易數(shù)據(jù)被存儲到鏈表的區(qū)塊中，區(qū)塊鏈的第一個區(qū)塊叫創(chuàng)世區(qū)塊，除了創(chuàng)世塊以外，每個區(qū)塊還包含前一個區(qū)塊的哈希指針，這個哈希指針的值是根據(jù)前一個區(qū)塊的實際數(shù)據(jù)計算出來的。哈希指針指向前一個區(qū)塊，后面的區(qū)塊可以查找前面所有區(qū)塊的信息。

賬本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是這樣的一個鏈表，那么分布式的含義是什么呢？

區(qū)塊鏈的眾多參與者組成了一個松散自治的 P2P 網(wǎng)絡(luò)，我們把區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的參與者叫做節(jié)點，每個節(jié)點都擁有一個賬本拷貝，所有賬本的信息都是一致的，在區(qū)塊鏈里沒有中心節(jié)點。每當(dāng)有新的交易進來，所有節(jié)點的賬本都會更新，并且最終保持一致。更新的方式不是去修改某個區(qū)塊的值，而是保存交易記錄。比如在比特幣系統(tǒng)中，它沒有用戶資產(chǎn)記錄這樣的概念，不像普通數(shù)據(jù)庫那樣用一條數(shù)據(jù)存儲資產(chǎn)，比特幣用戶資產(chǎn)的值是通過把所有的交易記錄串聯(lián)聚合后得到的，賬戶里資產(chǎn)的來源可以一直向上追溯，直到創(chuàng)世塊為止。區(qū)塊鏈里的交易數(shù)據(jù)根據(jù)具體場景，可以是任何需要記錄的信息。

智能合約

為了支持信息的持續(xù)更新，以及對賬本進行管理（寫入交易，進行查詢等），區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)引入了智能合約來實現(xiàn)對賬本的訪問和控制。智能合約不僅僅可用于在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中打包信息，它們也可以被用于自動的執(zhí)行由參與者定義的特定交易操作。

比如智能合約可以規(guī)定物流中的運輸費用，根據(jù)物流的快慢收取不同的費用，根據(jù)貨物的到達時間進行自動轉(zhuǎn)賬等。上傳到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的的智能合約會被打包到某一個區(qū)塊中，因此智能合約一旦寫入?yún)^(qū)塊鏈，也是不可更改的。

共識機制

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中交易信息同步的過程，確保交易只有獲得適當(dāng)參與者批準(zhǔn)后才更新，所有的參與者都會將同樣的信息按照同樣的順序更新，這樣的過程叫做共識。共識機制是區(qū)塊鏈的核心之一。

區(qū)塊鏈的第一個應(yīng)用比特幣，采用的是Proof of Work（工作量證明）的共識機制。簡單介紹一下比特幣的共識機制，算法的具體細節(jié)大家可以去查白皮書。節(jié)點收到一個交易后，會根據(jù)判斷標(biāo)準(zhǔn)對該交易進行有效性校驗，無效的交易會被廢棄。通過有效性驗證之后的交易將會被廣播給其他節(jié)點。其他節(jié)點會做同樣的獨立校驗，當(dāng)有效的交易達到整個網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點時，即全網(wǎng)達成了“該交易有效”的共識。每個節(jié)點都會收到很多有效但是還未被打包到區(qū)塊中的交易，這些交易被組裝成 Merkle Tree，Merkle Tree 的第一個交易比較特殊，叫做 coinbase，由節(jié)點自己創(chuàng)建，將挖礦獎勵支付到礦工自己的地址。挖礦獎勵包括新創(chuàng)建的比特幣和打包進該區(qū)塊所有交易的手續(xù)費總額。然后節(jié)點計算一個符合難度的哈希值，挖礦就是通過修改參數(shù)不斷計算區(qū)塊哈希值，直至達到難度要求，也就間接證明了該節(jié)點付出了對應(yīng)的工作量，這就是工作量證明。筆者的另一篇文章300行ABAP代碼實現(xiàn)一個最簡單的區(qū)塊鏈原型里用了一個 ABAP 方法CL_ABAP_MESSAGE_DIGEST=>CALCULATE_HASH_FOR_CHAR 來計算區(qū)塊的哈希值。

當(dāng)節(jié)點計算出一個符合難度的區(qū)塊哈希時，即說明該礦工挖礦成功了，該節(jié)點將該區(qū)塊組裝到本地的區(qū)塊鏈，同時也將此區(qū)塊廣播給其他節(jié)點。其他節(jié)點接收到該區(qū)塊后會驗證該區(qū)塊是否有效，有可能有兩個節(jié)點同時挖出了新的區(qū)塊 B1 和 B2，它們的上一個區(qū)塊都是同一個區(qū)塊 P。有的節(jié)點可能會先收到 B1，有的會先收到 B2，這時區(qū)塊鏈出現(xiàn)了暫時性的兩個分叉。要打破這種局面，要看下一個區(qū)塊是基于 B1 生成還是基于 B2 生成。如果基于 B1，B1 這條鏈就變成了最長鏈，其他包含 B2 的節(jié)點會重新選擇最長鏈，而 B2 作為孤塊被丟棄掉。

到目前為止，我們可以將區(qū)塊鏈看做是一個共享的，去中心化的多備份系統(tǒng)，通過智能合約更新交易數(shù)據(jù)，同時借助共識的協(xié)作流程使網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點保持一致。

這里的交易可以指代任何數(shù)據(jù)，例如：數(shù)字貨幣，合同，記錄或者其它任何信息。

區(qū)塊鏈的類型

• 公有鏈：網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點可以任意接入，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)讀寫權(quán)限不受限制，所有節(jié)點都參與共識過程。比特幣，以太坊等數(shù)字貨幣都屬于公有鏈。

• 私有鏈：網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點被一個組織控制，由其獨享該區(qū)塊鏈的寫入權(quán)限，私有鏈和其他的分布式存儲沒有太大區(qū)別。

• 聯(lián)盟鏈：多個公司或組織通過授權(quán)接入，由某些節(jié)點參與共識過程。Hyperledger Fabric屬于聯(lián)盟鏈。

什么是 Hyperledger Fabric？

Hyperledger Fabric 是 Linux 基金會發(fā)起的 Hyperledger 項目之一。Hyperledger Fabric 專為在企業(yè)環(huán)境中使用而設(shè)計的開源的基于區(qū)塊鏈的分布式賬本。Hyperledger Fabric 可用于全球供應(yīng)鏈管理、金融交易、資產(chǎn)記賬、人力資源、保險、健康和數(shù)字音樂等領(lǐng)域。

Hyperledger Fabric 中的賬本子系統(tǒng)(ledger)包括兩個組件：世界觀(world state)和事務(wù)日志(transaction log)。世界觀記錄了賬本在特定時間點的現(xiàn)狀，是一個鍵值數(shù)據(jù)庫。交易日志記錄產(chǎn)生世界狀態(tài)當(dāng)前值的所有交易，是世界觀的更新歷史。賬本的世界觀的底層數(shù)據(jù)庫可以更換，可以選擇使用 levelDB 或 couchDB。

Hyperledger Fabric 是第一個支持以通用語言編寫智能合約的區(qū)塊鏈平臺，可以使用java，nodejs 和 go 語言來編寫智能合約。Hyperledger Fabric 中的智能合約也叫鏈碼(chain code)。

和其他公有區(qū)塊鏈平臺最大的不同，Hyperledger Fabric 是私有的并且需要授權(quán)才能接入，它擁有一個 MSP(Membership Service Provider) 模塊專門提供成員管理服務(wù)。

CA(Certificate Authority) 負責(zé)權(quán)限管理，成員身份相關(guān)證書管理 (Enrollment CertificateAuthority) 和維護交易相關(guān)證書管理 (Transaction Certificate Authority) 等等。

Hyperledger Fabric 提供了建立 channel 的功能，這允許參與者為交易新建一個單獨的賬本。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的一些參與者是競爭對手時，這個功能變得尤為重要。因為這些參與者并不希望所有的交易信息——比如提供給部分客戶的特定價格信息——都對網(wǎng)絡(luò)中所有參與者公開。只有在同一個 channel 中的參與者，才會擁有該 channel 中的賬本，而其他不在此 channel 中的參與者則看不到這個賬本。

Hyperledger Fabric 使用獨立的排序節(jié)點(order)來提供共識服務(wù)，負責(zé)排序交易，提供全局確認(rèn)的交易順序。

應(yīng)用程序通過 SDK 訪問 Hyperledger Fabric。

最新版 Hyperledger Fabric 的設(shè)計中，根據(jù)功能將節(jié)點角色解耦開，讓不同節(jié)點處理不同類型的工作負載。從業(yè)務(wù)邏輯上又將節(jié)點分為背書節(jié)點(Endorser)和提交節(jié)點(Committer)。

• Endorser peer：負責(zé)對來自客戶端的交易進行合法性和權(quán)限檢查（模擬交易），通 過檢查則簽名并返回結(jié)果給客戶端。

• Committer peer：負責(zé)維護賬本，將達成一致順序的批量交易結(jié)果進行狀態(tài)檢查，生成區(qū)塊，執(zhí)行合法的交易，并寫入賬本，同一個物理節(jié)點可以同時擔(dān)任 endorser 和committer 兩個角色。

Hyperledger Fabric 交易流程：共識

共識流程主要分 Proposal，Packaging 和 Validation 三個階段。

Proposal

應(yīng)用提交一個交易 proposal，然后將其提交給所有的背書節(jié)點，后者接到后，將其作為輸入執(zhí)行鏈碼生成相應(yīng)的交易 proposal 響應(yīng)。此時并不會更新 Ledger，而是對交易proposal 響應(yīng)簽名，并將其返回給應(yīng)用。應(yīng)用收到簽名后的響應(yīng)，共識流程的第一階段就完成了。

Packaging

這個階段是 order 節(jié)點對交易進行排序打包。Order 節(jié)點從各個應(yīng)用接收交易 proposal響應(yīng)，然后對這些交易進行排序，排序之后打包成區(qū)塊。

Validation

共識流程的最后一個階段，由 order 節(jié)點將區(qū)塊分發(fā)給所有和它連接的節(jié)點，這些節(jié)點將確認(rèn)區(qū)塊中的交易都經(jīng)過背書節(jié)點簽名，然后將確認(rèn)后的區(qū)塊更新到 ledger 中。

整個流程稱為共識，所有節(jié)點都已對交易內(nèi)容和順序達成一致，這一過程由 order 節(jié)點控制。 共識是一個多步驟的過程，只有在整個流程完成時才會更新賬本 ，可能每個節(jié)點的更新時間稍有不同。

構(gòu)建一個 Hyperledger Fabric 平臺絕非易事，既需要硬件基礎(chǔ)設(shè)施的投入，也需要全方位的開發(fā)和運營管理(DevOps)。除了平臺本身，一套完整的解決方案，還包括設(shè)備接入，訪問控制，服務(wù)監(jiān)控等管理功能。

SAP Cloud Platform(下文簡稱 SCP )提供了開箱即用的 Hyperledger Fabric Service，為開發(fā)者提供了強大的服務(wù)支持：

• 直觀友好的可視化監(jiān)控與操作界面，幫助開發(fā)者按需申請區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)建管理節(jié)點、渠道，而無需考慮底層硬件資源。

• 簡單易用的智能合約開發(fā)與測試環(huán)境，方便開發(fā)者對應(yīng)用代碼進行管理。

• 安全，隱私性方面的保障，并對相關(guān)資源進行了性能優(yōu)化。

下面是具體的實戰(zhàn)步驟，該步驟使用 go 語言開發(fā)一組微服務(wù)，這組微服務(wù)包含讀和寫兩個API，能夠?qū)?shù)據(jù)寫入架設(shè)于 SAP 云平臺上的超級賬本服務(wù)。

簡單地說，應(yīng)用程序通過智能合約接口同超級賬本進行讀寫操作。我們將開發(fā)一個 Hello World 的智能合約，部署到 SAP 云平臺上。出于簡單起見，我們沒有開發(fā)應(yīng)用，而是簡單地在 SAP 云平臺的 API 控制臺上直接消費這個 Hello World 的智能合約，對云平臺上的超級賬本進行讀和寫。

打開超級賬本項目 Fabric 的 github 倉庫地址：

https://github.com/hyperledger/fabric

發(fā)現(xiàn) Fabric 項目是 Google 的編程語言 GoLang 開發(fā)的，因此咱們這個練習(xí)也使用 Go 語言來進行智能合約的開發(fā)。

1. 從 Google 網(wǎng)站上將 Go 語言 1.11 版的二進制包下載到本地，解壓到 /usr/local 目錄下：

sudo tar -C /usr/local -xzf /home/vagrant/Downloads/go1.11.linux-amd64.tar.gz

將該目錄配置到環(huán)境變量 PATH 中去：

2. Fabric 項目已經(jīng)將智能合約同超級賬本的通信封裝到一個名叫 shim 的接口中，我們只需要在我們編寫的智能合約代碼中直接調(diào)用該 shim 接口即可。

我們使用 import 將這個 shim 接口的依賴引入進來，在第14行定義一個結(jié)構(gòu)體，包含 ID 和 Value 兩個字段。這個結(jié)構(gòu)體即是待寫入超級賬本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，ABAP 顧問可以將其視為 ABAP 數(shù)據(jù)字典里定義的結(jié)構(gòu)體。

第46行定義的方法 Invoke 是這個最簡單的智能合約的核心代碼，cc *MessageStore 這個語法和 C 語言很像，定義了一個類型為 MessageStore 的指針變量 cc。這個指針變量同 C++ 的 this 指針和 ABAP 的 me 引用作用類似，在方法被調(diào)用時，指向了方法的調(diào)用者。

Invoke 后面括號里的 stub shim.ChaincodeStubInterface 定義了該方法的輸入?yún)?shù)(形參)stub, 類型為 shim.ChaincodeStubInterface。

這個 Invoke 方法不會通過應(yīng)用程序顯式調(diào)用，而是通過超級賬本程序回調(diào)：當(dāng)方法被調(diào)用時，指針 cc 和輸入?yún)?shù) stub 已經(jīng)自動被 Fabric 框架賦上了對應(yīng)值。在 Invoke 方法運行的上下文里，通過輸入?yún)?shù) stub 判斷出當(dāng)前回調(diào)的場景是讀還是寫，然后進入對應(yīng)的分支。分支內(nèi)部調(diào)用我們自己開發(fā)的 write 和 read 方法同超級賬本進行交互。

這種通過同一個回調(diào)函數(shù)內(nèi)部的 switch case 來處理多個場景的做法，ABAP 和 Java 開發(fā)者應(yīng)該都不陌生。比如下圖是通過 InvocationHandler 實現(xiàn) Java 動態(tài)代理的例子，其中 invoke 方法的邏輯結(jié)構(gòu)和本文智能合約代碼的結(jié)構(gòu)非常相似。

關(guān)于 ABAP 和 Java 里各種靜態(tài)代理和動態(tài)代理的寫法，請參考我的博客：

Various Proxy Design Pattern implementation variants in Java, ABAP and JavaScript

3. 將開發(fā)好的智能合約源文件構(gòu)建成可執(zhí)行文件。這一步確保在部署智能合約到 SAP 云平臺之前，先在本地開發(fā)環(huán)境將所有潛在錯誤全部檢測出并修復(fù)。

4. 登錄 SAP 云平臺，在 Service Marketplace 里點擊 Hyperledger Fabric 的超鏈接:

創(chuàng)建一個新的 Service 實例：

創(chuàng)建過程中需要填寫 channel 的 ID 和密匙。

區(qū)塊鏈分為公有鏈，私有鏈和聯(lián)盟鏈，而超級賬本屬于聯(lián)盟鏈。在聯(lián)盟鏈里，有一個專門的稱為 MSP(Membership Service Provider)的模塊，提供成員管理服務(wù)，只有授權(quán)用戶才能接入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。這里我事先在 SAP 云平臺上創(chuàng)建了一個渠道并進行認(rèn)證，因此此處直接輸入一個合法的渠道 ID 和密匙。關(guān)于 SAP 云平臺上超級賬本渠道的創(chuàng)建和成員授權(quán)接入的步驟，請參考這篇 SAP 幫助文檔。

Service 實例創(chuàng)建完畢后，點擊 Create Service Key 按鈕創(chuàng)建 key，目的是生成用于OAuth 認(rèn)證的 clientId 和 clientSecret，方便接下來的 API 調(diào)用。

點擊 Service 實例的 Referencing Apps 面板，點擊按鈕 Open Dashboard：

點擊 Deploy Chaincode，選擇本地構(gòu)建好的 zip 包，進行上傳并部署。這個按鈕同 SAP 云平臺 CloudFoundry 環(huán)境部署本地應(yīng)用的邏輯相同。

部署成功后，點擊 Test Chaincode 超鏈接進入 API 控制臺。

該控制臺集成了 Swagger 框架，在調(diào)用 post 請求進行超級賬本的寫操作和 get 請求進行讀操作之前，先要點擊 Authorize 按鈕進行身份認(rèn)證：

輸入第四步創(chuàng)建 Service Key 后生成的 clientID 和 clientSecret 進行認(rèn)證：

認(rèn)證成功后，可以在 Swagger 的控制臺里調(diào)用 post 和 get 請求了。

首先發(fā)送 post 請求，請求負載就是一個簡單的 json 對象，id 為 i042416，value 為Hello World：

post 請求在 SAP 云平臺上的超級賬本執(zhí)行成功，返回 200 響應(yīng)碼：

緊接著執(zhí)行 get 請求，輸入剛才寫入的數(shù)據(jù) id: i042416:

get 請求能夠?qū)⒅巴ㄟ^ post 請求寫入賬本的數(shù)據(jù)成功讀出來：

登錄 SAP 云平臺超級賬本控制臺，能看到之前通過 post 寫入的數(shù)據(jù)已經(jīng)加入到區(qū)塊鏈尾部的區(qū)塊了。點擊區(qū)塊可以查看數(shù)據(jù)明細：

在超級賬本控制臺的 API Calls 和 Logs 面板里也能看到每次超級賬本讀寫的詳細信息。

總結(jié)

SAP 云平臺的超級賬本服務(wù)，成功地幫助了希望使用這項區(qū)塊鏈技術(shù)的企業(yè)避免了硬件基礎(chǔ)設(shè)施的投入，同時屏蔽了大部分超級賬本平臺管理的底層細節(jié)。通過 SAP 云平臺提供的控制臺，即可實現(xiàn)對超級賬本進行設(shè)備接入，訪問控制，服務(wù)監(jiān)控等管理功能。同時，通過 Go 語言編寫的智能合約一旦部署到 SAP 云平臺，生成的 Restful API 能夠被其他編程語言方便地消費。調(diào)用這些 API 寫入超級賬本區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)將無法再被篡改。使用 SAP 云平臺的超級賬本服務(wù)，應(yīng)用開發(fā)人員可以無需將過多精力花費在超級賬本體系架構(gòu)本身，從而能夠?qū)Ｗ⒂趹?yīng)用邏輯的編寫上去。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-800285.html

到了這里，關(guān)于基于區(qū)塊鏈技術(shù)的超級賬本(Hyperledger) - 從理論到實戰(zhàn)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！