peer节点区块链

❶ (译)超级账本官方文档 基本概念(三) - 节点(Peer)

超级账本是Linux基金会发起的项目，意在提供一套企业级区块链应用框架，便于大家开发基于区块链技术的应用。

Fabric的基本概念

最开始，应用程序会选出一组peer来生成账本更新提议。哪些peer会被选出来是依据的背书策略，这个背书策略决定了哪些组织需要在广播账本更新提议前对更新提议进行背书。这会影响到共识方式，任何一个关心更新提议是否背书的组织都会在广播给peer更新提议并被peer接受前确认提议是否有背书。

peer对一个提议响应进行背书，就是把自己的数字签名加入到响应中，并用自己的私钥对整个响应签名。背书内容随后可以被用于证明这个响应是某个组织的peer生成的。在我们的例子中，如果peer P1属于组织1(Org1)，那么背书E1就相当于可以证明L1上的交易T1和响应R1是由Org1的peer P1提供的。

当应用程序得到了足够多的签名的提议响应时，第一阶段就结束了。
我们注意到peer可能返回不同的信息，因此同一笔交易可能有不一致的返回信息。这可能由于响应是在不同时间，不同peer，在不同账本状态下生成的，大多数情况下应用程序可以多次请求更新的提议响应。另外更严重，但概率很小的原因是因为链码的不确定性导致的响应不一致。不确定性是链码和账本的大敌，如果这种情况发生了，对提议交易来说是很严重的，不一致的提议响应肯定不能提交到账本中。一个独立的节点是不可能知道交易结果是非确定性的交易，在检测到非确定性交易前，必须将交易汇总比较(严格地说，即使这还不够，但我们将此讨论推迟到交易部分，其中详细讨论了非确定性)。

在第一阶段结束时，如果应用程序希望如此的话，可以放心丢弃不一致的响应以提前结束交易流程。后面我们会看到如果应用程序使用不一致的响应提交到账本时，会被拒绝。

过程2 打包
第二个交易流程是打包。Orderer节点这个过程关键的点，它接收来自很多应用传来的背书过的提议交易响应。Orderer对交易进行排序，并将大量的交易打包进区块，并准备将区块分发到所有连接到Orderer的peer，包括背书peer。

orderer的第一个角色就是打包账本更新提议。在上图的例子中，应用A1发送给Orderer O1一个被E1和E2背书的交易T1。同时，应用A2发送给Orderer O1一个被E1背书的交易T2。O1将A1传来的交易和A2传来的交易以及其它交易共同打包进区块B2。我们可以看到区块B2里的交易排序是T1，T2，T3，T4，T6，T5，并不一定是按照到达orderer节点的顺序(这个例子展示了一个非常简单的orderer配置)。

Orderer节点会同时收到网络Channel中不同应用程序发送的账本更新提议。Orderer节点的任务就是按照事先定义好的顺序整理这些更新提议，并把它们打包进区块，为下一步的分发做准备。这些区块将构成区块链。一旦Orderer节点生成了期望大小的区块，或者超过最大等待时间，Orderer会向连接到它特定Channel的Peer发送区块。第三个过程会详述这个流程。

区块中的交易排列顺序和交易到达Orderer节点的顺序没有直接关系。交易在区块中可以是任意的排列顺序，这个次序就是交易执行的顺序。重点是有一个严格的交易排序，但具体是怎样的排序并不重要。

区块中的严格交易顺序排列使得Fabric与公链中一笔交易可以被打包进多个不同区块的情况不同。在Fabric中，这不可能发生，由多个Orderer生成的区块就是最终的区块，因为交易被写入区块后，交易的位置顺序就确定了。这意味着Fabric不会存在分叉。一旦交易被写入区块，以后就不能再重写了。

我们可以看到，peer是存储账本和链码的，orderer完全不会存储这些。每一笔交易到达orderer时，orderer只是机械的将交易打包进区块，而不会理会交易的价值，额度等。这是Fabric的一个重要特性，所有交易都会按照一个严格的顺序进行整理，没有交易会被抛弃掉。

到第二阶段结束时，我们可以了解到orderer的责任就是进行必要的，简单的收集交易更新提议，将他们排序，打包进区块，准备分发出去。

过程3 认证
最后一个交易工作流程是分发和验证从orderer到peer的区块，如果验证成功，将会被提交到账本中。
特别的，在每个peer中，在区块中的每一笔交易在更新到账本之前都是验证过的，以保证所有交易都是由相关的组织背书过的。失败的交易会保留，作为日后审查用，并不会更新到账本中。

Orderer除了在过程2中的打包角色外，在过程3中还负责分发区块到peer节点。在这个例子中，O1分发区块到P1和P2。P1处理区块2，然后将区块2添加到P1的账本L1中。同时，P2处理区块2，然后将区块2添加到P2的账本L1中。一旦操作完成，账本L1在P1和P2中都被更新了，每个Peer都可以向连接到他们的应用程序发送处理结果。

Orderer向连接到他的Peer分发区块是过程3的开始。连接到orderer节点的某个渠道的peer，会收到orderer生成的新区块的一份拷贝。每个peer节点都会独立的处理收到的区块，但所有peer处理区块的方式都是相同的。采用这种方式，不同peer中的账本可以达成共识。并不是所有的peer都必须连接到orderer节点，peer和peer之间可以通过gossip协议来传递区块，这样peer也可以独立的处理相同区块。

收到一个区块后，peer会按照交易在区块中出现的顺序依次处理。对于每一笔交易，peer会按照生成这笔交易的链码背书策略检查交易是否被与之相关组织的背书。例如，某些交易可能只需要一个组织背书，而另一些交易需要多个组织同时背书才有效。这个验证过程验证了所有相关组织产生的结果或者输出是否一致。同时请注意，第三阶段的验证和第一阶段不同，阶段一只是应用程序收到背书节点的响应，判断是否需要发送交易提议。如果应用程序发送错误的交易，违反了背书策略，在第三阶段的验证过程中peer还是可以拒绝本次交易。

如果交易背书正确，peer将尝试把交易提交到账本中。为了能写账本，peer必须进行账本一致性检查，保证当前账本的状态与账本更新后的状态一致。这个状态并不总会是一致的，即使交易拥有完整的背书。举个栗子，另外一笔交易可能已经更新了账本中的同一个资产，以至于我们正要更新的交易将永远不会被写入账本。这样的话，每个节点中的账本必须通过网络保持共识，每个节点的验证方式是一样的。

在peer验证完每笔独立交易后，将更新账本。失败的交易会保存下来作为审查资料。这意味着peer中的区块和从orderer中收到的区块一致，除了区块中指示交易成功或失败的标志。

我们也要注意到，第三阶段并没有执行链码，这一步只会在第一阶段完成，这很重要。这意味着链码只在背书节点可用，而不是整个网络中都可用，这保证了链码在背书组织中的安全及私密。这和收到链码的执行结果不同，执行结果会分享到所有在Channel里的peer，不论他是否能背书交易。背书节点的这种设计方式是为了方便扩展。

最后，每次区块被提交到peer的账本中时，这个peer会生成对应的事件。区块事件包含区块的所有内容，而区块交易事件只包含简要信息，比如每笔区块中的交易是否有效。由链码的执行而产生的链码事件也可以在这个时候发布。应用程序可以注册这些事件，当这些事件发生时，可以收到通知。这些通知在交易工作流程的第三阶段和最后阶段完成。

总的来说，我们可以知道第三阶段由orderer产生的区块被不断地同步到账本中。区块中交易的严格排序能让每个peer在区块链网络中始终如一地验证交易并提交到账本中。

Orderer和共识
整个交易工作流程被称为共识，因为所有peer都认同交易的排序和内容，在执行过程中由orderer节点来协调。共识是多步骤的过程，应用程序只会在共识过程结束时收到通知，但通知的时间在不同的peer上可能不同。

我们将会在后面更多的探讨orderer，现在，把orderer仅仅当做从应用程序收集、分发账本更新提议到peer，由peer进行验证及更新账本的过程。

❷ 浅析 Fabric Peer 节点

Hyperledger Fabric，也称之为超级账本，是由 IBM 发起，后成为 Linux 基金会 Hyperledger 中的区块链项目之一。

Fabric 是一个提供分布式账本解决方案的平台，底层的账本数据存储使用了区块链。区块链平台通常可以分为公有链、联盟链和私有链。公有链典型的代表是比特币这些公开的区块链网络，谁都可以加入到这个网络中。联盟链则有准入机制，无法随意加入到网络中，联盟链的典型例子就是 Fabric。

Fabric 不需要发币来激励参与方，也不需要挖矿来防止有人作恶，所以 Fabric 有着更好的性能。在Fabric 网络中，也有着诸多不同类型的节点来组成网络。其中 Peer 节点承载着账本和智能合约，是整个区块链网络的基础。在这篇文章中，会详细分析 Peer 的结构及其运行方式。

在本文中，假设读者已经了解区块链、智能合约等概念。

本文基于 Fabric1.4 LTS。

区块链网络是一个分布式的网络，Fabric 也是如此，由于 Fabric 是联盟链，需要准入机制，所以在网络结构上会复杂很多，下面是一个简化的 Fabric 网络：

各个元素的含义如下：

对于 Fabric 网络，外部的用户需要通过客户端应用，也就是图中的 A1、A2 或者 A3 来访问网络，客户端应用需要通过 CA 证书表明自己的身份，这样才能访问到 Fabric 网络中有权限访问的部分。

在上面的网络中，共有四个组织，R1、R2、R3 和 R4。其中 R4 是整个 Fabric 网络的创建者，网络是根据 NC4 配置的。

在 Fabric 网络中，不同的组织可以组成联盟，不同的联盟之间数据通过 Channel 来隔离。Channel 中的数据只有该联盟中的组织才能访问，每一个新的 Channel 都可以认为是一条新的链。与其他的区块链网络中通常只有一条链不一样，Fabric 可以通过 Channel 在网络中快速的搭建出一个新的区块链。

上面 R1 和 R2 组成了一个联盟，在 C1 上交易。R2 同时又和 R3 组成了另外一个联盟，在 C2 上交易。R1 和 R2 在 C1 上交易时，对 R3 是不可见的，R2 和 R3 在 C2 上交易时，对 R1 是不可见的。Channel 机制提供了很好的隐私保护能力。

Orderer 节点是整个 Fabric 网络共有的，用来为所有的交易排序、打包。比如上面网络中 O4 节点。本文不会对 Orderer 节点进行详细说明，可以把这个功能理解为比特币网络中的挖矿过程。

Peer 节点表示网络中的节点，通常一个 Peer 就表示一个组织，Peer 是整个区块链网络的基础，是智能合约和账本的载体，Peer 也是本文讨论的重点。

一个 Peer 节点可以承载多套账本和智能合约，比如 P2 节点，既维护了 C1 的账本和智能合约，也维护了 C2 的账本和智能合约。

为了可以更深入了解 Peer 节点的作用，先了解一下 Fabric 整体的交易流程。整体的交易流程图如下：

Peer 节点按照功能来分可以分为 背书节点 和 记账节点 。

客户端会提交交易请求到背书节点，背书节点开始模拟执行交易，在模拟执行之后，背书节点并不会去更新账本数据，而是把这个交易进行加密和签名，然后返回给客户端。

客户端收到这个响应之后就会把响应提交到 Orderer 节点，Orderer 节点会对这些交易进行排序，并打包成区块，然后分发到记账节点，记账节点就会对交易进行验证，验证结束之后，就会把交易记录到账本里面。

一笔交易是否能成功是根据背书策略来指定的，每一个智能合约都会指定一个背书策略。

Peer 节点代表着联盟链中的各个组织，区块链网络也是由 Peer 节点来组成的，而且也是账本和智能合约的载体。

通过对上面交易过程的了解可以知道，Peer 节点是主要的参与方。如果用户想要访问账本资源，都必须要和 peer 节点进行交互。在一个 Peer 节点中，可以同时维护多个账本，这些账本属于不同的 Channel 。每个 Peer 节点都会维护一套冗余账本，这样就避免了单点故障。

Peer 节点根据在交易中的不同角色，可以分成背书节点（Endorser）和记账节点（Committer），背书节点会对交易进行模拟执行，记账节点才会真正将数据存储到账本中。

账本可以分成两个部分，一部分是区块链，另一部分是 Current State，也被称之为 World State。

区块链上只能追加，不能对过去的数据进行修改，链上也包含两部分信息，一部分是通道的配置信息，另一部分是不可修改，序列化的记录。每一个区块记录前一个区块的信息，然后连成链，如下图所示：

第一个区块被称之为 genesis block，其中不存储交易信息。每个区块可以被分为 区块头 、 区块数据 和 区块元数据 。区块头中存储着当前区块的区块号、当前区块的 hash 值和上一个区块的 hash 值，这样才能把所有的区块连接起来。区块数据中包含了交易数据。区块元数据中则包括了区块写入的时间、写入人及签名。

其中每一笔交易的结构如下，在 Header 中，包含了 ChainCode 的名称、版本信息。Signature 就是交易发起用户的签名。Proposal 中主要是一些参数。Response 中是智能合约执行的结果。Endorsements 中是背书结果返回的结果。

WorldState中维护了账本的当前状态，数据以 Key-Value 的形式存储，可以快速查询和修改，每一次对 WorldState 的修改都会被记录到区块链中。WorldState 中的数据需要依赖外部的存储，通常使用 LevelDB 或者 CouchDB。

区块链和 WorldState 组成了一个完整的账本，World State 保证的业务数据的灵活变化，而区块链则保证了所有的修改是可追溯和不可篡改的。

在交易完成之后，数据已经写入账本，就需要将这些数据同步到其他的 Peer，Fabric 中使用的是 Gossip 协议。Gossip 也是 Channel 隔离的，只会在 Channel 中的 Peer 中广播和同步账本数据。

智能合约需要安装到 Peer 节点上，智能合约是访问账本的唯一方式。智能合约可以通过 Go、Java 等变成语言进行编写。

智能合约编写完成之后，需要打包到 ChainCode 中，每个 ChainCode 中可以包含多个智能合约。ChainCode 需要安装，ChainCode 需要安装到 Peer 节点上。安装好了之后，ChainCode 需要在 Channel 上实例化，实例化的时候需要指定背书策略。

智能合约在实例化之后就可以用来与账本进行交互了，流程图如下：

用户编写并部署实例化智能合约之后，就可以通过客户端应用程序来向智能合约提交请求，智能合约会对 WorldState 中数据进行 get、put 或者 delete。其中 get 操作直接从 WorldState 中读取交易对象当前的状态信息，不会去区块链上写入信息，但 put 和 delete 操作除了修改 WorldState，还会去区块链中写入一条交易信息，且交易信息不能修改。

区块链上的信息可以通过智能合约访问，也可以在客户端应用通过 API 直接访问。

Event 是客户端应用和 Fabric 网络交互的一种方式，客户端应用可以订阅 Event，当 Event 发生时，客户端应用就会接受到消息。

事件源可以两类，一类是智能合约发出的 Event，另一类是账本变更触发的 Event。用户可以从 Event 中获取到交易的信息，比如区块高度等信息。

在这篇文章中，首先介绍了 Fabric 整体的网络架构，通过对 Fabric 交易流程的分析，讨论了 peer 节点在交易中的作用，然后详细分析了 peer 节点所维护的账本和智能合约，并分析了 peer 节点维护账本以及 peer 节点执行智能合约的流程。

文 / Rayjun

[1] https://hyperledger-fabric.readthedocs.io/zh_CN/release-1.4/whatis.html

[2] https://developer.ibm.com/zh/technologies/blockchain/series/os-academy-hyperledger-fabric/

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Gossip_protocol