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俊语

区块链/ Java/ 分布式

郝俊生

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Fabric 2.0新特性

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前言

链码不需要“实例化”，可以同时运行java和go链码，同一个链码多次实例化。

想要了解上面的特性，请看下面的分解。

Fabric 2.0 在2020年1月29号终于release了，我们来看下有哪些新的变化。

主要体现在：对新应用和隐私的支持，增强了智能合约的管理，增加了对节点的操作。

需要注意的是，只能由fabric-1.4.x升级到2.0。

ps：在网上有个翻译，那一字一句的翻译，真的让我很难受。

下面我尝试使用自己的理解来解读。

1. 智能合约的去中心化管理

fabric 2.0引入了智能合约的去中心化管理，在此之前，链码的安装和实例化都是一个由组织在操作，现在则发生了变化。新的链码的生命周期中，只有多个组织达成了共识，才可以和账本才可以进行交互。

  • 多个组织必须同意链码的参数。在2.0之前，一个组织可以为channel中的所有成员设置链码的参数（例如实例化链码时指定的背书策略），拒绝安装链码的组织将不能参与链码的调用。在2.0中，同时提供中心化的模型和去中心化的模型。
  • 链码的升级更加安全。在之前的链码生命周期中，一个组织即可升级链码。在新的版本中，需要别的组织进行同意。
  • 简化了背书策略和private data的更新。我们不必重新打包/安装链码即可更新背书策略和private data集合的配置。同时我们设置了默认的背书策略，默认的背书策略在我们增加或者删除组织的时候会自动生效。
  • 打包链码：会打包为tar文件，方便进行阅读。
  • 一次打包多次复用：之前链码是通过名字+版本号来决定的，现在一次打包生成多个名字，可以多次安装（在相同或者不同的通道上）
  • 不需要所有人的同意即可打包chaincode：组织可以扩展链码，不需要所有人的同意，只要符合背书要求，这些交易即可被更新到账本中。这样做的好处是，不需要所有人的同意，即可小规模的修改链码的bug。

1.1 链码新的生命周期

1.1.1 链码的安装和定义

新的链码周期要求组织对链码的名字，版本，背书策略达成一致，需要执行以下四步，但不需要每个组织都执行：

  • 打包链码：一个或者每一个组织完成。
  • 自己的节点安装链码。每个组织要执行，因为需要交易或者查询账本。
  • 同意链码的定义：需要满足channel LifecycleEndorsment（默认是大多数）策略的足够数量的组织来执行。
  • 提交chaincode的定义：第一个收集到足够数量的节点来执行。

下面来详细的看上面4步：

1.1.1.1 打包链码

链码在安装前需要打包为tar文件。我们可以使用peer命令，node sdk，或者第三方工具。

第三方的打包工具需要满足以下要求：

  • 链码以tar.gz结尾；
  • tar文件需要包含2个文件（不是目录），元文件Chaincode-Package-Metadata.json和chaincode文件。

  • Chaincode-Package-Metadata.json文件长成下面这样。

  • {"Path":"fabric-samples/chaincode/fabcar/go","Type":"golang","Label":"fabcarv1"}

一个demo如下。2个组织不需要使用相同的名字。

Packaging the chaincode

1.1.1.2 安装链码

每个节点上都需要安装。强烈建议每个组织只打包一次链码，然后把该链码安装在该组织的所有节点上。如果一个channel想要保证所有的组织运行相同的链码，那么打包命令应该由一个组织来进行。

安装成功后会返回MYCC_1:hash.这样的格式，我们需要进行保存，方便后面的使用，如果忘记了，可以进行查询。

Installing the chaincode

1.1.1.3 同意链码的定义

我的理解是，在上面，每个组织都给chaincode起了一个名字，这样，在实际中是无法使用的，所以现在大家来投票来确定一个统一的名字，包含下面的参数：

  • 名字
  • 版本：chaincode打包的时候生成的。
  • Sequence：用来追踪链码的升级过程。是自增的。
  • 背书策略：哪些组织可以执行可以验证交易。
  • Collection Configuration:私有数据相关。
  • Initialization：原来chaincode的默认的init函数不执行，现在可以了。
  • ESCC/VSCC Plugins

Approving the chaincode definition

1.1.1.4 提交链码的定义

一旦得到了绝大多数成员的同意，就可以提交链码的定义了。

我们可以使用checkcommitreadiness命令来检查是否已经有链码的定义了，首先会发送给所有的peer节点，在发送给order节点。提交必须是组织的管理员来完成的。

Channel/Application/LifecycleEndorsement来管理认可的组织的数量，默认是大多数。LifecycleEndorsement和chaincode的背书策略是分离的，没有任何关系的。

Committing the chaincode definition to the channel

即使一个组织没有安装链码，仍然可以响应链码的定义。

当链码的定义被确认后，将会在所有安装链码的节点上启动链码容器。如果我们在定义链码的时候要求使用init函数，那么init函数将会被调用。

Starting the chaincode on the channel

1.1.2 链码的升级

升级和安装类似，我们既可以升级链码的内容，还可以升级链码的背书策略。

  1. 打包链码。只有在升级链码内容的时候需要。

    Re-package the chaincode package

  2. 安装新链码。同上。

    Re-install the chaincode package

  3. 链码定义投票。sequence将会自增1。

    Approve a new chaincode definition

  4. 提交定义。

    Commit the new definition to the channel

将会启动新的链码容器。

Upgrade the chaincode

1.1.3 完整的demo

下面是chaincode的比较完整的操作。来自fabric-samples。

## at first we package the chaincode
packageChaincode 1

## Install chaincode on peer0.org1 and peer0.org2
echo "Installing chaincode on peer0.org1..."
installChaincode 1
echo "Install chaincode on peer0.org2..."
installChaincode 2

## query whether the chaincode is installed
queryInstalled 1

## approve the definition for org1
approveForMyOrg 1

## check whether the chaincode definition is ready to be committed
## expect org1 to have approved and org2 not to
checkCommitReadiness 1 "\"Org1MSP\": true" "\"Org2MSP\": false"
checkCommitReadiness 2 "\"Org1MSP\": true" "\"Org2MSP\": false"

## now approve also for org2
approveForMyOrg 2

## check whether the chaincode definition is ready to be committed
## expect them both to have approved
checkCommitReadiness 1 "\"Org1MSP\": true" "\"Org2MSP\": true"
checkCommitReadiness 2 "\"Org1MSP\": true" "\"Org2MSP\": true"

## now that we know for sure both orgs have approved, commit the definition
commitChaincodeDefinition 1 2

## query on both orgs to see that the definition committed successfully
queryCommitted 1
queryCommitted 2

## Invoke the chaincode
chaincodeInvokeInit 1 2

sleep 10

## Invoke the chaincode
chaincodeInvoke 1 2

# Query chaincode on peer0.org1
echo "Querying chaincode on peer0.org1..."
chaincodeQuery 1

下面来看图：

加入通道：如果一个channel已经有了定义好的chaincode，那么新加入的组织在安装链码后可以直接使用原来的名字。

Approve a chaincode definition

如果背书策略是默认的大多数，那么背书策略会自动更新，把新的组织计算在内。

Start the chaincode

升级背书策略

我们不必重新打包或者安装链码即可升级背书策略。channel中的成员会重新生成一个chaincode定义。

Approve new chaincode definition

新的背书策略在新的链码定义通过后，即可生效，我们不必重启容器即可更新背书策略。

Commit new chaincode definition

无法安装链码即可同意链码的定义：

Org3 does not install the chaincode

不同意链码定义的组织将不能使用链码：

Org3 does not install the chaincode

上图中的组织三不可以使用链码。

channel不认可链码的定义：这里比较绕，说的是channel中的组织没有对链码的定义达成共识。

Majority disagree on the chaincode

组织安装了不同类型的链码：这里的意思是说只要链码产生相同的读写集，那么可以安装不同语言写的链码，比如java和go。

Using different chaincode languages

一次打包，多次使用：

我们可以打包一次，给链码创建不同的定义，从而运行多个智能合约实例（但是背书策略要有区别）。

Starting multiple chaincodes

1.1.4 比较

做了个表格，把旧的声明周期和新的进行了比较。

  1.x 2.0
package 有 有
install 有 有
approve 无 有
commit 无 有
instantiate 有 无
upgrade 有 有

2. private data增强

Fabric 2.0增强了private data，我们不需要创建私有数据集合即可使用私有数据。做了以下增强：

  • 私有数据的共享和验证。当私有数据向非原来的集合中的成员共享时，该成员可以通过GetPrivateDataHash() 函数来验证hash是不是和链上保存的hash一致。
  • 集合级别的背书策略。我们可以使用背书策略来定义私有数据集合。
  • 每个组织都有暗含的私有数据集合。

2.1 什么是private data 集合？

在同一个channel中，A组织的数据不想给其他的组织看的数据。从v1.2开始，创造了private data collections,我们可以背书，提交和查询私有数据，在不创建一个独立channel的情况下。

private data collections由两部分组成：

  • 实际的私有数据。在不同的节点间通过gossip协议来发送。私有数据存储在授权的peer节点上的sidedb数据库中，可以通过Chaincode来访问。order节点无法看到private data。注意，必须配置锚节点信息，设置CORE_PEER_GOSSIP_EXTERNALENDPOINT变量。
  • 私有数据的hash，会写入到区块链网络中，其他人可以进行审计。

private-data.private-data

当集合中的成员需要把该私有数据向第三方共享时，第三方可以通过比较该数据的hash和链上保存的hash，看是否一致。

还有一些特殊情况，每个组织都可以创建一个私有数据集合，之后可以共享给其他成员。

我们把private data和channel进行一个比较。

  • channel：所有的交易和账本都是私密的。
  • 私有数据集合：通道中组织的子集共享数据时。直接通过p2p来传播每条具体的交易，而不是区块，order节点无法看到真实的交易。

2.2 一个demo

有下面5个角色:

Farmer出售商品，Distributor分销商负责把商品运到海外，Shipper负责在两个角色之间运货，Wholesaler批发商从distributors批发商品，Retailer零售商从shippers和wholesaler购买商品。

场景是：

  • Distributor想和Farmer，Shipper共享数据，但是不想让Retailer和wholesaler看到数据；
  • Distributor卖给Retailer和wholesaler的价格不同；
  • wholesaler和Retailer，Shipper之间也需要共享数据；

为了满足上面的场景，我们不需要建立这么多的channel，可以使用PDC。

  • PDC1: Distributor, Farmer and Shipper
  • PDC2: Distributor and Wholesaler
  • PDC3: Wholesaler, Retailer and Shipper

private-data.private-data

上面场景下，peer节点的账本如下，也称为SideDB。

private-data.private-data

2.3 private交易流程

  1. 客户端发送提案给授权的背书节点，提案中加入transient 字段；
  2. 私有数据存储在transient data store（临时的存储在peer节点）；
  3. 背书节点发送提案响应到客户端，响应的内容是private data的hash值；
  4. 客户端节点把hash值发送给order节点；
  5. 在提交阶段，授权的节点将会检查策略，自己是否有权限访问private data，如果有的话，将会检查transient data store 字段，看看是否在背书阶段拿到了private data。没有的话，会从其他节点去拉取。在验证和提交阶段，private data将会被存储到数据库中，同时把transient data store 删除。

2.4 私有数据的共享

我们可能会有把私有数据向其他组织或者其他集合共享的需求，接受方需要验证hash：

  • 只要满足背书策略(fabric 2.0中，我们可以定义链码级别，键和集合级别的背书策略)，不需要是集合中的成员，即可访问私有数据的键
  • 我们可以使用GetPrivateDataHash()来验证hash

在实际中，我们可能会创建大量的私有数据集合，这个不利于我们的维护。更好的情况是每个组织都是一个集合，然后共享就可以了。更好的是我们不必为此进行定义，因为在2.0中默认设置了。

2.4.1 私有数据共享模型

下面这个是每个组织一个集合的模型：

  • 使用相应的公钥来追踪公共状态的变化：
  • 链码访问控制：我们可以在链码实现访问控制，指定哪些客户端可以查看私有数据。
  • 共享私有数据：通过hash来确认；
  • 和其他集合共享私有数据：
  • 可以把私有数据转移到其他的集合。这个时候会删除原来的集合。
  • 在交易达成之前，可以使用私有数据进行预请求；
  • 保护交易者的隐私

2.4.2 私有数据实例

把私有数据模型和链码结合可以发挥出很大的作用，具体如下所示：

  • 可以通过处于公共链码状态的UUID密钥来跟踪资产。仅记录资产的所有权，关于资产的其他信息一无所知。
  • 链码将要求任何转移请求都必须来自拥有权限的客户，并且密钥受基于状态的认可约束，要求所有者组织和监管机构的同级必须认可任何转移请求。
  • 资产的所有者可以看到该资产的所有交易详情，其他的组织只可以看到hash。
  • 监管者可以保留私有数据。

具体的交易流如下所示：

  1. 资产所有者和买家在线下达成交易价格；
  2. 卖家需要证明资产的所有权。既可以线下提供私有数据的细节，也可以提供线上的凭证；
  3. 卖家线上验证hash；
  4. 买家调用链码记录出价的细节到自己的private data中。监管者可能也需要记录。
  5. 卖家调用链码转移资产，需要资产和出价细节的隐私数据，需要卖家，买家，监管者参与，除此之外，还需要满足背书策略；
  6. 链码会对上述信息进行验证；
  7. 卖家把公开的数据和私有数据的hash提交给order节点，打包成区块；
  8. 其他节点将会验证是否满足背书策略，私有数据的状态是否被其他的交易更改；
  9. 所有节点会进行记账；
  10. 至此交易完成，其他的节点可以查询这笔资产的公开的信息，但无法获取私有信息。

2.5 删除私有数据

对于非常敏感的数据，比如政府要求的。我们可以从peer节点上彻底的删除，只留下hash来证明该数据确实存在过。数据删除后，无法从链码进行查询，其他的peer节点也不可查询。

2.6 私有数据集合的定义

从fabric 2.0开始，在chaincode定义阶段来进行定义：

  • name：集合的名字；
  • policy：private data的policy必须比链码的背书策略更加广泛，因为背书节点必须有private data才可以进行背书。比如一个channel里面包含了10个组织，5个组织需要有private data的权限，背书策略可以指定为5个中的三个；
  • requiredPeerCount：在背书节点把提案响应返回到客户端之前，最少把private data传递到其他节点的数量。不建议写0，因为这样的话，将会导致private data的丢失。
  • maxPeerCount：如果设置为0，在背书阶段，private data将不会传播，在commit阶段，数据才会传播；
  • blockToLive：私有数据的存活时间，到期自动删除。设为0表示，永不删除；
  • memberOnlyRead：表示只有授权的人可以读。
  • memberOnlyWrite：
  • endorsementPolicy：

3. 外部链码启动器

我们可以使用自己喜欢的方式来构建和启动链码，不必使用docker。

  • 解除了对docker daemon的依赖。之前的fabric要求peer节点可以访问到docker daemon，而这在生产环境不一定是现实的。
  • 容器的替代品：我们不一定在使用容器了。
  • 链码作为外部的服务。之前链码是被peer启动的，现在链码可以作为单独的外部服务。

在Hyperledger Fabric 2.0之前，用于构建和启动链码的过程是peer节点实现的一部分，无法轻松自定义。必须使用特定的语言。这种方法限制了链码的语言，必须依赖容器，chaincode无法作为单独运行的服务。

从2.0开始，我们在peer的core.yaml中，加入了一个externalBuilder的配置来自定义自己的服务。

   # List of directories to treat as external builders and launchers for
    # chaincode. The external builder detection processing will iterate over the
    # builders in the order specified below.
    externalBuilders: []
        # - path: /path/to/directory
        #   name: descriptive-builder-name
        #   environmentWhitelist:
        #      - ENVVAR_NAME_TO_PROPAGATE_FROM_PEER
        #      - GOPROXY

3.1 外部构建模型

fabric的构建器使用了Heroku Buildpacks。

外部构建和运行期由下面四个部分组成：

  • bin/detect: 判断是否由我们自定义的模型来运行。
  • bin/build: 把打包后的链码变为可执行版本。用来构建，编译链码。
  • bin/release (optional): 提供chaincode的元数据。
  • bin/run (optional): 运行链码。

下面分别是四个脚本的内容：

detect：

#!/bin/bash

CHAINCODE_METADATA_DIR="$2"

# use jq to extract the chaincode type from metadata.json and exit with
# success if the chaincode type is golang
if [ "$(jq -r .type "$CHAINCODE_METADATA_DIR/metadata.json" | tr '[:upper:]' '[:lower:]')" = "golang" ]; then
    exit 0
fi

exit 1

build

#!/bin/bash

CHAINCODE_SOURCE_DIR="$1"
CHAINCODE_METADATA_DIR="$2"
BUILD_OUTPUT_DIR="$3"

# extract package path from metadata.json
GO_PACKAGE_PATH="$(jq -r .path "$CHAINCODE_METADATA_DIR/metadata.json")"
if [ -f "$CHAINCODE_SOURCE_DIR/src/go.mod" ]; then
    cd "$CHAINCODE_SOURCE_DIR/src"
    go build -v -mod=readonly -o "$BUILD_OUTPUT_DIR/chaincode" "$GO_PACKAGE_PATH"
else
    GO111MODULE=off go build -v  -o "$BUILD_OUTPUT_DIR/chaincode" "$GO_PACKAGE_PATH"
fi

# save statedb index metadata to provide at release
if [ -d "$CHAINCODE_SOURCE_DIR/META-INF" ]; then
    cp -a "$CHAINCODE_SOURCE_DIR/META-INF" "$BUILD_OUTPUT_DIR/"
fi

release

#!/bin/bash

BUILD_OUTPUT_DIR="$1"
RELEASE_OUTPUT_DIR="$2"

# copy indexes from META-INF/* to the output directory
if [ -d "$BUILD_OUTPUT_DIR/META-INF" ] ; then
   cp -a "$BUILD_OUTPUT_DIR/META-INF/"* "$RELEASE_OUTPUT_DIR/"
fi

run

BUILD_OUTPUT_DIR="$1"
RUN_METADATA_DIR="$2"

# setup the environment expected by the go chaincode shim
export CORE_CHAINCODE_ID_NAME="$(jq -r .chaincode_id "$RUN_METADATA_DIR/chaincode.json")"
export CORE_PEER_TLS_ENABLED="true"
export CORE_TLS_CLIENT_CERT_FILE="$RUN_METADATA_DIR/client.crt"
export CORE_TLS_CLIENT_KEY_FILE="$RUN_METADATA_DIR/client.key"
export CORE_PEER_TLS_ROOTCERT_FILE="$RUN_METADATA_DIR/root.crt"
export CORE_PEER_LOCALMSPID="$(jq -r .mspid "$RUN_METADATA_DIR/chaincode.json")"

# populate the key and certificate material used by the go chaincode shim
jq -r .client_cert "$RUN_METADATA_DIR/chaincode.json" > "$CORE_TLS_CLIENT_CERT_FILE"
jq -r .client_key  "$RUN_METADATA_DIR/chaincode.json" > "$CORE_TLS_CLIENT_KEY_FILE"
jq -r .root_cert   "$RUN_METADATA_DIR/chaincode.json" > "$CORE_PEER_TLS_ROOTCERT_FILE"
if [ -z "$(jq -r .client_cert "$RUN_METADATA_DIR/chaincode.json")" ]; then
    export CORE_PEER_TLS_ENABLED="false"
fi

# exec the chaincode to replace the script with the chaincode process
exec "$BUILD_OUTPUT_DIR/chaincode" -peer.address="$(jq -r .peer_address "$ARTIFACTS/chaincode.json")"

3.2 配置外部的构建器和运行器

上面说了，这个是在core.yaml中配置的，一个demo如下所示：

chaincode:
  externalBuilders:
  - name: my-golang-builder
    path: /builders/golang
    environmentWhitelist:
    - GOPROXY
    - GONOPROXY
    - GOSUMDB
    - GONOSUMDB
  - name: noop-builder
    path: /builders/binary

4. CouchDB中使用了状态数据库缓存来提高性能

  • 使用外部CouchDB状态数据库时，背书和验证阶段的读取延迟历来是性能瓶颈。
  • fabric 2.0中，每个peer都进行了缓存，在core.yaml中的cacheSize来进行配置。

5. 基于Alpine来打包docker镜像

从 v2.0 开始，Hyperledger Fabric Docker 镜像将使用 Alpine Linux 作为基础镜像，这是一个面向安全的轻量级 Linux 发行版。这意味着 Docker 镜像现在要小得多，提供更快的下载和启动时间，以及占用主机系统上更少的磁盘空间。Alpine Linux 的设计从一开始就考虑到了安全性，Alpine 发行版的最小化特性大大降低了安全漏洞的风险。

6. Release notes

新特性

FAB-11237:去中心化的智能合约管理

新的应用程序模式：

  • FAB-10889: Implicit org-specific collections
  • FAB-15066: Endorsement policies for collections
  • FAB-13581: memberOnlyWrite collection configuration option
  • FAB-13527: GetPrivateDataHash chaincode API
  • FAB-12043: Option to include private data in block events

FAB-103: State database cache for CouchDB

重要变化

  • FAB-5177: The ccenv build image no longer includes the shim

  • FAB-15366: Logger removed from chaincode shim

  • FAB-16213: The go chaincode entities extension has been removed

  • FAB-12075: Client Identity (CID) library has moved
  • FAB-14720: Support for CAR chaincode package format removed
  • FAB-15285: Support for invoking system chaincodes from user chaincodes has been removed.
  • FAB-15390: Support for peer’s Admin service has been removed.
  • FAB-16303: GetHistoryForKey returns results from newest to oldest
  • FAB-16722: The ‘provisional’ genesis method of generating the system channel for orderers has been removed.
  • FAB-16477 and FAB-17116: New configuration for orderer genesismethod and genesisfile
  • FAB-15343: System Chaincode Plugins have been removed.
  • FAB-11096: Docker images with Alpine Linux
  • FAB-11096: Bash not available in Docker images with Alpine Linux
    • 使用sh或者ash
  • FAB-15499: Ledger data format upgrade
  • FAB-16866: Chaincode built upon installation on peer
  • FAB-15837: Orderer FileLedger location moved if specified with relative path
  • FAB-14271: Policies must be specified in configtx.yaml
  • FAB-17000: Warn when certificates are about to expire
  • FAB-16987: Go version has been updated to 1.13.4.

废除

  • FAB-15754: The ‘Solo’ consensus type is deprecated.
  • FAB-16408: The ‘Kafka’ consensus type is deprecated.
  • FAB-7559: Support for specifying orderer endpoints at the global level in channel configuration is deprecated.
  • FAB-17428: Support for configtxgen flag --outputAnchorPeersUpdate is deprecated.

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