Hyperledger Fabric（P1）架构设计

架构设计

Fabric系统主要由两个应用构成：Orderer和Peer，其中Orderer负责交易共识并生成区块，Peer节点负责模拟执行交易和记账。

这种划分可以使整个平台拥有更好的弹性和扩展性。Peer和Orderer都是模块化设计，重要模块支持插拔，比如共识机制、合约执行环境、加密算法、证书服务模块等。模块化的设计让企业可以利用现有IT设施来替换部分Fabric模块。Fabric架构如下图：

证书服务——共建信任

上图中最左边是证书服务系统，主要提供会员注册和证书颁发功能，Fabric系统的参与方都必须经过授权，比如Orderer、Peer、Client等都需要拥有受信任的证书。证书一方面用于系统接入，另一方面用于交易签名。所以统一的证书服务非常重要。
会员证书又分为注册证书和交易证书，注册证书与会员信息关联在一起，用于标识会员的身份，在必要的时候，还可以支持监管和审计；交易证书用于交易签名，之所以交易要用不同的证书，是为了避免会员的个人信息和交易信息被泄露，比如交易内容或者多笔交易之间的关联关系等，另外交易证书可以申请多份，甚至可以为每一笔交易申请一份交易证书。

共识网络——独特何在？

上图中最右侧为区块链共识网络，由Orderer集群组成，用于交易共识并生成区块。区块链是去中心化的，意味着需要多方一起参与交易排序，生成区块。
Orderer目前支持SBFT和Kafka两种共识机制，其中SBFT是拜占庭容错算法PBFT的简化版，能够容忍部分节点故障，Kafka是一个中心化的排队服务，能提供更高的性能，两种共识算法分别适用于不同的场景，用户还可以定制自己的共识模块。

和其他区块链系统不同的是，交易共识在Fabric中被独立成为单独的系统，这样一来，参与共识的节点数变少，共识速度得到提高，Fabric的共识网络支持多链，即多个区块链账本可以共用同一张共识网络，降低系统部署和运维成本。

区块链节点——便捷调用

区块链节点Peer主要功能是调用智能合约执行交易和记账。

智能合约
智能合约是运行于区块链上的应用程序，Fabric的智能合约称为链码，分为系统链码和用户链码，系统链码用来实现系统层面的功能，包括系统的配置，用户链码的部署、升级，用户交易的签名和验证策略等。用户链码实现用户的应用功能。

链码被编译成一个独立的应用程序，运行于隔离的Docker容器中，在链码部署的时候会自动生成合约的Docker镜像。

链码支持采用Go、Java、Nodejs编写，并提供相应的中间层供链码使用，链码可以使用GetState和PutState接口和Peer节点通信，存取K-V数据 。

共享账本
共享账本包括区块文件和K-V状态数据，区块文件存储在本地文件系统，由Peer节点负责写入，文件内容是排序后的区块数据，每个文件有大小限制，存储一定数量的区块，区块由交易共识系统产生，包含一条或多条交易。K-V状态数据提供给链码存取使用，采用LevelDB存储。

交易流程

客户端构造交易提案

客户端构造交易提案，发送给一个或多个Peer节点，交易提案中包含本次交易要调用的合约标识、合约方法和参数信息以及客户端签名等。

Peer节点模拟执行交易

Peer节点收到交易提案后，会模拟执行交易，然后将原始交易提案和执行结果打包到一起，进行签名并发回给客户端，其中在模拟执行交易期间产生的数据修改不会写到账本上。

客户端打包

客户端收到各个Peer的应答后，打包到一起组成一个交易并签名，发送给Orderer。

共识排序，生成新区块

Orderer对接收到的交易进行共识排序，然后按照区块生成策略，将一批交易打包到一起，生成新的区块，发送给Peer节点。

交易校验

Peer节点收到区块后，会对区块中的每笔交易进行校验，检查交易依赖的输入输出是否符合当前区块链的状态，完成后将区块写入账本，并修改K-V状态数据。

多链与多通道

链：实际上是包含Peer节点、账本Ledger、Ordering通道的逻辑结构，它将参与者与数据进行隔离，满足了不同业务场景下的”不同的人访问不同数据“的基本要求。

通道：是由共识服务提供的一种通讯机制，类似于消息系统中的发布-订阅模式，将Peer和Orderer连接在一起，形成一个个具有保密性的通讯链路，实现了业务隔离的要求。

账本Ledger

整个区块结构分为文件系统存储的Block结构和数据库维护的State状态，其中State的存储结构是可以替换的，可选的实现包括各种KV数据库（LevelDB，CouchDB等）

按账本内容划分：

• Block ledger：
  • 存储在文件系统，只会追加，不会修改、删除
  • 存储在记账节点和Orderer节点（保存的只是其中一部分Block）上，
• State ledger：
  • 每个节点通过Block里的Transaction生成状态账本
  • 存储在记账节点
  • 记账节点通过读取State信息来做交易的验证
• History ledger（可选）
  • 查看某个账户的历史交易信息
  • 并不需要去存储具体的数据，只需要保存数据交易的索引

按节点划分：

• Peer ledger：存储在背书节点和记账节点
• Order ledger：存储在Orderer节点

Peer节点负责维护区块链的账本（Ledger）和状态（State）