Fabric共识机制

  本文从网络节点架构和共识机制两个方面介绍，网络节点架构部分将介绍节点相关概念；共识机制部分将从三个方面进行介绍。

1. 网络节点架构

  节点是区块链的通信主体，是一个逻辑概念。多个不同类型的节点可以运行在同一物理服务器上。

1.1 客户端节点

  客户端必须连接到某一个peer节点或者排序服务节点上，才能与区块链网络进行通信。客户端向背书节点提交交易提案，当收集到足够的背书后，向排序服务广播交易，进行排序，生成区块。

1.2 Peer节点

  所有的Peer节点都是记账节点，负责验证从排序服务节点区块里的交易，维护状态数据和账本的副本。部分节点会执行交易并对结果进行签名背书，充当背书节点的角色。背书节点是动态的角色，是与具体链码绑定的，每个链码在实例化的时候都会设置背书策略（Fabric1.4中的背书策略），指定哪些节点对交易背书才是有效的。也只有在应用程序向其发起交易背书请求时才是背书节点，其它时候就是普通的记账节点，只负责验证交易并记账。

  Peer节点还有一种角色是主节点，代表的是和排序服务节点通信的节点，负责从排序服务节点处获取最新的区块并在组织内部同步。可以强制设置成主节点，也可以动态选举产生。

1.3 排序服务节点

  许多分布式区块链，如以太坊（Ethereum）和比特币（Bitcoin），都是非许可链的，这意味着任何节点都可以参与共识过程，在共识过程中，交易被排序并捆绑成区块。因为这个事实，这些系统依靠概率共识算法最终保证账本一致性高的概率，但仍容易受到不同的账本（有时也称为一个账本“分叉”），在网络中不同的参与者对于交易顺序有不同的观点。

  Hyperledger Fabric 的工作方式不同。它有一种称为排序节点的节点使交易有序，并与其他排序节点一起形成一个排序服务。因为 Fabric 的设计依赖于确定性的共识算法，所以 Peer 节点所验证的区块都是最终的和正确的。账本不会像其他分布式的以及无需许可的区块链中那样产生分叉。

  除了促进确定性之外，排序节点还将链码执行的背书（发生在节点）与排序分离，这在性能和可伸缩性方面给 Fabric 提供了优势，消除了由同一个节点执行和排序时可能出现的瓶颈。

  排序服务节点接收包含背书签名的交易，对未打包的交易排序生成区块，广播给Peer节点。排序服务提供的是原子广播，保证同一个链上的节点接收到相同的消息，并且具有相同的逻辑顺序。

  排序服务的多通道实现了多链的数据隔离，保证只有同一个链的Peer节点才能访问链上的数据，保护用户数据的隐私。

1.4 CA节点

  CA节点是证书颁发机构，由服务器和客户端组件组成。CA节点接收客户端的注册申请，返回注册密码用于用户登录，以便获取身份证书。在区块链网络上所有的操作都会验证用户的身份。

2. 共识机制

  共识机制可以分为以下三个阶段。

2.1 交易背书

  应用程序根据背书策略的要求选择背书节点，给这些节点发送需要执行的交易提案。背书节点调用链码执行这些交易提案，交易是模拟执行的，并不真正提交数据到账本中。执行完成以后调用交易背书系统链码ESCC对模拟执行结果进行签名背书。

2.2 交易排序

  排序阶段接收已经签名背书的交易，确定交易的数量和顺序，将排好序的交易打包到区块中，广播给Peer节点进行验证。通常，从效率方面考虑，排序服务不会输出单个交易作为一个区块，而是将多个交易打包成一个区块。

2.3 交易验证

  Peer节点验证接收到区块里包含的交易的有效性，包括背书策略验证及双花检测。可以将验证错误分为两大类：语法错误和逻辑错误。语法错误包括无效输入、未验证的签名以及重复的交易（双花攻击），重复的交易应该丢弃。第二类错误比较复杂，如会导致双花或者MVCC失败的交易,这需要定义策略来决定程序是继续执行还是终止。默认的交易验证系统链码VSCC只支持背书策略的验证。

2.4 目前（Fabric1.4.4）支持的排序服务

  solo、Apache Kafka、Etcd raft

参考资料：《深入探索区块链-Hyperledger技术与应用》