2.3 Hyperledger架构

超级账本（Hyperledger）是Linux基金会于2015年发起的推进区块链数字技术和交易验证的开源项目，该项目的目标是推进区块链及分布式记账系统的跨行业发展与协作。

目前该项目最著名的子项目是Fabric，由IBM主导开发。按官方网站描述，Hyperledger Fabric是分布式记账解决方案的平台，以模块化体系结构为基础，提供高度的弹性、灵活性和可扩展性。它旨在支持不同组件的可插拔实现，并适应整个经济生态系统中存在的复杂性。

Hyperledger Fabric提供了一种独特的弹性和可扩展的体系结构，使其不同于其他区块链解决方案。我们必须在经过充分审查的开源架构之上对区块链企业的未来进行规划。超级账本是企业级应用快速构建的起点。

目前，Hyperledger Fabric经历了两大版本架构的迭代，分别是0.6版和1.0版。其中，0.6版的架构相对简单，Peer节点集众多功能于一身，模块化和可拓展性较差。1.0版对0.6版的Peer节点功能进行了模块化分解。目前最新的1.1版本处于Alpha阶段。

在1.0版中，Peer节点可分为peers节点和orderers节点。peers节点用于维护状态（State）和账本（Ledger）, orderers节点负责对账本中的各条交易达成共识。

系统中还引入了认证节点（Endorsing Peers），认证节点是一类特殊的peers节点，负责同时执行链码（Chaincode）和交易的认证（Endorsing Transactions）。

Hyperledger Fabric的分层架构设计如图2-3所示。

Hyperledger Fabric可以分为7层，分别是存储层、数据层、通道层、网络层、共识层、合约层、应用层。

其中存储层主要对账本和交易状态进行存储。账本状态存储在数据库中，存储的内容是所有交易过程中出现的键值对信息。比如，在交易处理过程中，调用链码执行交易可以改变状态数据。状态存储的数据库可以使用LevelDB或者CouchDB。LevelDB是系统默认的内置的数据库，CouchDB是可选的第三方数据库。区块链的账本则在文件系统中保存。

数据层主要由交易（Transaction）、状态（State）和账本（Ledger）三部分组成。

其中，交易有两种类型：

· 部署交易：以程序作为参数来创建新的交易。部署交易成功执行后，链码就被安装到区块链上。

· 调用交易：在上一步部署好的链码上执行操作。链码执行特定的函数，这个函数可能会修改状态数据，并返回结果。

状态对应了交易数据的变化。在Hyperledger Fabric中，区块链的状态是版本化的，用key/value store（KVS）表示。其中key是名字，value是任意的文本内容，版本号标识这条记录的版本。这些数据内容由链码通过PUT和GET操作来管理。如存储层的描述，状态是持久化存储到数据库的，对状态的更新是被文件系统记录的。

账本提供了所有成功状态数据的改变及不成功的尝试改变的历史。

账本是由Ordering Service构建的一个完全有序的交易块组成的区块哈希链（Hash Chain）。

账本既可以存储在所有的peers节点上，又可以选择存储在几个orderers节点上。

此外，账本允许重做所有交易的历史记录，并且重建状态数据。

通道层指的是通道（Channel），通道是一种Hyperledger Fabric数据隔离机制，用于保证交易信息只有交易参与方可见。每个通道都是一个独立的区块链，因此多个用户可以共用同一个区块链系统，而不用担心信息泄漏问题。

网络层用于给区块链网络中各个通信节点提供P2P网络支持，是保障区块链账本一致性的基础服务之一。

在Hyperledger Fabric中，Node是区块链的通信实体。Node仅仅是一个逻辑上的功能，多个不同类型的Node可以运行在同一个物理服务器中。Node有三种类型，分别是客户端、peers节点和Ordering Service。

其中，客户端用于把用户的交易请求发送到区块链网络中。

peers节点负责维护区块链账本，peers节点可以分为endoring peers和committing peers两种。endoring peers为交易作认证，认证的逻辑包含验证交易的有效性，并对交易进行签名；committing peers接收打包好的区块，并写入区块链中。与Node类似，peers节点也是逻辑概念，endoring peers和committing peers可以同时部署在一台物理机上。

Ordering Service会接收交易信息，并将其排序后打包成区块，然后，写入区块链中，最后将结果返回给committing peers。

共识层基于Kafka、SBTF等共识算法实现。Hyperledger Fabric利用Kafka对交易信息进行排序处理，提供高吞吐、低延时的处理能力，并且在集群内部支持节点故障容错。相比于Kafka, SBFT（简单拜占庭算法）能提供更加可靠的排序算法，包括容忍节点故障以及一定数量的恶意节点。

合约层是Hyperledger Fabric的智能合约层Blockchain, Blockchain默认由Go语言实现。Blockchain运行的程序叫作链码，持有状态和账本数据，并负责执行交易。在Hyperledger Fabric中，只有被认可的交易才能被提交。而交易是对链码上的操作的调用，因此链码是核心内容。同时还有一类称之为系统链码的特殊链码，用于管理函数和参数。

应用层是Hyperledger Fabric的各个应用程序。

此外，既然是联盟链，在Hyperledger Fabric中还有一个模块专门用于对联盟内的成员进行管理，即Membership Service Provider（MSP）, MSP用于管理成员认证信息，为客户端和peers节点提供成员授权服务。