今天的文章來自Wen Aviva, 坐Jerry面對面的程序媛。
Jerry在之前的公眾號文章《在SAP UI中使用純JavaScript顯示產(chǎn)品主數(shù)據(jù)的3D模型視圖》已經(jīng)介紹過Aviva了，SAP成都C4C開發(fā)團隊中其他同事評價她為：“美膩與智慧的化身”，“云時代女王”，“是大家前沿技術的引路人”。因為Jerry和Aviva就在一個組，所以我的看法是，這些評價都實至名歸。
比如Jerry了解到的Javascript 3D渲染，增強現(xiàn)實(Argument Reality)和這篇文章談到的Hyperledger Fabric， 全部都是從Aviva那里學到的。
SAP成都研究院的每位同事，只要是參加了2017年歲末年會掃福字領紅包的活動，則理論上都使用了Aviva和成都另一位程序媛Zhao Rina開發(fā)的基于AR的小應用。
2017年7月初成都C4C開發(fā)團隊剛剛創(chuàng)建，除了老大Max之外，只有5位組員：哈公子，大衛(wèi)哥，象老師，勇哥和阿爽。當時這支新的開發(fā)團隊面臨的最緊迫問題，就是贏得C4C美國開發(fā)總部的信任，從而從總部攬活到成都本地來做。用什么獲得信任呢？對程序猿來說，當然是talk is cheap, show me the code。當時這支剛剛組建起來的五人小團隊對C4C毫不了解，但是卻選擇了一個中國客戶呼聲非常高，非常希望能夠添加到C4C標準產(chǎn)品去的backlog。短短一個月時間，這個五人小團隊完成了從現(xiàn)學C4C產(chǎn)品知識和前后臺開發(fā)知識，到將backlog實現(xiàn)成一個原型的全過程。當原型錄成的視頻給美國開發(fā)老大過目之后，得到了極高的評價，驚嘆這只團隊從創(chuàng)建到productive只花了短短一個月的時間。這個原型的順利完成，為成都C4C團隊后續(xù)的發(fā)展壯大打下了一個堅實的基礎。
這個原型最后的交付形式是iOS應用。當時五位同事都沒有做過iOS平臺上的開發(fā)，不過幸好我們有Aviva。Max從SAP成都數(shù)字創(chuàng)新空間租借了Aviva。在她的幫助下，原型發(fā)布順利完成。更令人敬佩的是，Aviva將她的iOS開發(fā)經(jīng)驗無私地分享給了團隊其他同事，現(xiàn)在C4C團隊已經(jīng)有多位同事能夠在iOS平臺上進行工作。我想，今年三月成都C4C團隊參加編程馬拉松時，在組隊階段給隊伍取名為“Hi Aviva!”, 或許是想通過這種方式感謝Aviva對C4C團隊做出的貢獻。
Jerry很慶幸每天可以和這樣的同事一起工作。
下面是Aviva的正文。
區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個鏈表，交易數(shù)據(jù)被存儲到鏈表的區(qū)塊中，區(qū)塊鏈的第一個區(qū)塊叫創(chuàng)世區(qū)塊，除了創(chuàng)世塊以外，每個區(qū)塊還包含前一個區(qū)塊的哈希指針，這個哈希指針的值是根據(jù)前一個區(qū)塊的實際數(shù)據(jù)計算出來的。哈希指針指向前一個區(qū)塊，后面的區(qū)塊可以查找前面所有區(qū)塊的信息。
賬本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是這樣的一個鏈表，那么分布式的含義是什么呢？
區(qū)塊鏈的眾多參與者組成了一個松散自治的P2P網(wǎng)絡，我們把區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的參與者叫做節(jié)點，每個節(jié)點都擁有一個賬本拷貝，所有賬本的信息都是一致的，在區(qū)塊鏈里沒有中心節(jié)點。每當有新的交易進來，所有節(jié)點的賬本都會更新，并且最終保持一致。更新的方式不是去修改某個區(qū)塊的值，而是保存交易記錄。比如在比特幣系統(tǒng)中，它沒有用戶資產(chǎn)記錄這樣的概念，不像普通數(shù)據(jù)庫那樣用一條數(shù)據(jù)存儲資產(chǎn)，比特幣用戶資產(chǎn)的值是通過把所有的交易記錄串聯(lián)聚合后得到的，賬戶里資產(chǎn)的來源可以一直向上追溯，直到創(chuàng)世塊為止。區(qū)塊鏈里的交易數(shù)據(jù)根據(jù)具體場景，可以是任何需要記錄的信息。
為了支持信息的持續(xù)更新，以及對賬本進行管理（寫入交易，進行查詢等），區(qū)塊鏈網(wǎng)絡引入了智能合約來實現(xiàn)對賬本的訪問和控制。智能合約不僅僅可用于在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中打包信息，它們也可以被用于自動的執(zhí)行由參與者定義的特定交易操作。
比如智能合約可以規(guī)定物流中的運輸費用，根據(jù)物流的快慢收取不同的費用，根據(jù)貨物的到達時間進行自動轉(zhuǎn)賬等。上傳到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中的的智能合約會被打包到某一個區(qū)塊中，因此智能合約一旦寫入?yún)^(qū)塊鏈，也是不可更改的。
區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中交易信息同步的過程，確保交易只有獲得適當參與者批準后才更新，所有的參與者都會將同樣的信息按照同樣的順序更新，這樣的過程叫做共識。共識機制是區(qū)塊鏈的核心之一。
區(qū)塊鏈的第一個應用比特幣，采用的是Proof of Work（工作量證明）的共識機制。簡單介紹一下比特幣的共識機制，算法的具體細節(jié)大家可以去查白皮書。節(jié)點收到一個交易后，會根據(jù)判斷標準對該交易進行有效性校驗，無效的交易會被廢棄。通過有效性驗證之后的交易將會被廣播給其他節(jié)點。其他節(jié)點會做同樣的獨立校驗，當有效的交易達到整個網(wǎng)絡所有節(jié)點時，即全網(wǎng)達成了“該交易有效”的共識。每個節(jié)點都會收到很多有效但是還未被打包到區(qū)塊中的交易，這些交易被組裝成Merkle Tree，Merkle Tree的第一個交易比較特殊，叫做coinbase，由節(jié)點自己創(chuàng)建，將挖礦獎勵支付到礦工自己的地址。挖礦獎勵包括新創(chuàng)建的比特幣和打包進該區(qū)塊所有交易的手續(xù)費總額。然后節(jié)點計算一個符合難度的哈希值，挖礦就是通過修改參數(shù)不斷計算區(qū)塊哈希值，直至達到難度要求，也就間接證明了該節(jié)點付出了對應的工作量，這就是工作量證明。Jerry的公眾號文章《300行ABAP代碼實現(xiàn)一個最簡單的區(qū)塊鏈原型》里用了一個ABAP方法CL_ABAP_MESSAGE_DIGEST=>CALCULATE_HASH_FOR_CHAR來計算區(qū)塊的哈希值。
當節(jié)點計算出一個符合難度的區(qū)塊哈希時，即說明該礦工挖礦成功了，該節(jié)點將該區(qū)塊組裝到本地的區(qū)塊鏈，同時也將此區(qū)塊廣播給其他節(jié)點。其他節(jié)點接收到該區(qū)塊后會驗證該區(qū)塊是否有效，有可能有兩個節(jié)點同時挖出了新的區(qū)塊B1和B2，它們的上一個區(qū)塊都是同一個區(qū)塊P。有的節(jié)點可能會先收到B1，有的會先收到B2，這時區(qū)塊鏈出現(xiàn)了暫時性的兩個分叉。要打破這種局面，要看下一個區(qū)塊是基于B1生成還是基于B2生成。如果基于B1，B1這條鏈就變成了最長鏈，其他包含B2的節(jié)點會重新選擇最長鏈，而B2作為孤塊被丟棄掉。
到目前為止，我們可以將區(qū)塊鏈看做是一個共享的，去中心化的多備份系統(tǒng)，通過智能合約更新交易數(shù)據(jù)，同時借助共識的協(xié)作流程使網(wǎng)絡中所有的節(jié)點保持一致。
這里的交易可以指代任何數(shù)據(jù)，例如：數(shù)字貨幣，合同，記錄或者其它任何信息。
公有鏈：網(wǎng)絡中的節(jié)點可以任意接入，網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)讀寫權(quán)限不受限制，所有節(jié)點都參與共識過程。比特幣，以太坊等數(shù)字貨幣都屬于公有鏈。
私有鏈：網(wǎng)絡中的節(jié)點被一個組織控制，由其獨享該區(qū)塊鏈的寫入權(quán)限，私有鏈和其他的分布式存儲沒有太大區(qū)別。
聯(lián)盟鏈：多個公司或組織通過授權(quán)接入，由某些節(jié)點參與共識過程。Hyperledger Fabric屬于聯(lián)盟鏈。
Hyperledger Fabric 是Linux基金會發(fā)起的Hyperledger項目之一。Hyperledger Fabric 專為在企業(yè)環(huán)境中使用而設計的開源的基于區(qū)塊鏈的分布式賬本。Hyperledger Fabric可用于全球供應鏈管理、金融交易、資產(chǎn)記賬、人力資源、保險、健康和數(shù)字音樂等領域。
Hyperledger Fabric中的賬本子系統(tǒng)(ledger)包括兩個組件：世界觀(world state)和事務日志(transaction log)。世界觀記錄了賬本在特定時間點的現(xiàn)狀，是一個鍵值數(shù)據(jù)庫。交易日志記錄產(chǎn)生世界狀態(tài)當前值的所有交易，是世界觀的更新歷史。賬本的世界觀的底層數(shù)據(jù)庫可以更換，可以選擇使用levelDB或couchDB。
Hyperledger Fabric是第一個支持以通用語言編寫智能合約的區(qū)塊鏈平臺，可以使用java，nodejs和go語言來編寫智能合約。Hyperledger Fabric中的智能合約也叫鏈碼(chain code)。
和其他公有區(qū)塊鏈平臺最大的不同，Hyperledger Fabric 是私有的并且需要授權(quán)才能接入，它擁有一個MSP(Membership Service Provider)模塊專門提供成員管理服務。
CA(Certificate Authority)負責權(quán)限管理，成員身份相關證書管理(Enrollment CertificateAuthority)和維護交易相關證書管理(Transaction Certificate Authority)等等。
Hyperledger Fabric提供了建立channel的功能，這允許參與者為交易新建一個單獨的賬本。當網(wǎng)絡中的一些參與者是競爭對手時，這個功能變得尤為重要。因為這些參與者并不希望所有的交易信息——比如提供給部分客戶的特定價格信息——都對網(wǎng)絡中所有參與者公開。只有在同一個channel中的參與者，才會擁有該channel中的賬本，而其他不在此channel中的參與者則看不到這個賬本。
Hyperledger Fabric使用獨立的排序節(jié)點(order)來提供共識服務，負責排序交易，提供全局確認的交易順序。
應用程序通過SDK訪問Hyperledger Fabric。
最新版Hyperledger Fabric的設計中，根據(jù)功能將節(jié)點角色解耦開，讓不同節(jié)點處理不同類型的工作負載。從業(yè)務邏輯上又將節(jié)點分為背書節(jié)點(Endorser)和提交節(jié)點(Committer)。
Endorser peer：負責對來自客戶端的交易進行合法性和權(quán)限檢查（模擬交易），通 過檢查則簽名并返回結(jié)果給客戶端。
Committer peer：負責維護賬本，將達成一致順序的批量交易結(jié)果進行狀態(tài)檢查，生成區(qū)塊，執(zhí)行合法的交易，并寫入賬本，同一個物理節(jié)點可以同時擔任endorser和committer兩個角色。
共識流程主要分Proposal，Packaging和Validation三個階段。
應用提交一個交易proposal，然后將其提交給所有的背書節(jié)點，后者接到后，將其作為輸入執(zhí)行鏈碼生成相應的交易proposal響應。此時并不會更新Ledger，而是對交易proposal 響應簽名，并將其返回給應用。應用收到簽名后的響應，共識流程的第一階段就完成了。
這個階段是order節(jié)點對交易進行排序打包。Order節(jié)點從各個應用接收交易proposal響應，然后對這些交易進行排序，排序之后打包成區(qū)塊。
共識流程的最后一個階段，由order節(jié)點將區(qū)塊分發(fā)給所有和它連接的節(jié)點，這些節(jié)點將確認區(qū)塊中的交易都經(jīng)過背書節(jié)點簽名，然后將確認后的區(qū)塊更新到ledger中。
整個流程稱為共識，所有節(jié)點都已對交易內(nèi)容和順序達成一致，這一過程由order節(jié)點控制。 共識是一個多步驟的過程，只有在整個流程完成時才會更新賬本 ，可能每個節(jié)點的更新時間稍有不同。
構(gòu)建一個Hyperledger Fabric平臺絕非易事，既需要硬件基礎設施的投入，也需要全方位的開發(fā)和運營管理(DevOps)。除了平臺本身，一套完整的解決方案，還包括設備接入，訪問控制，服務監(jiān)控等管理功能。
SAP Cloud Platform(下文簡稱SCP)提供了開箱即用的Hyperledger Fabric Service，為開發(fā)者提供了強大的服務支持：
直觀友好的可視化監(jiān)控與操作界面，幫助開發(fā)者按需申請區(qū)塊鏈網(wǎng)絡，創(chuàng)建管理節(jié)點、渠道，而無需考慮底層硬件資源。
簡單易用的智能合約開發(fā)與測試環(huán)境，方便開發(fā)者對應用代碼進行管理。
安全，隱私性方面的保障，并對相關資源進行了性能優(yōu)化。
以上是我對Hyperledger Fabric的一些理解，接觸和了解區(qū)塊鏈的時間有限，難免存在一些錯誤，歡迎大家指正。后續(xù)會給大家?guī)鞸AP云平臺上Hyperledger Fabric開發(fā)的一些細節(jié)介紹。
主要參考文獻
Hyperledger Fabric官網(wǎng)
https://hyperledger-fabric.readthedocs.io/en/latest/whatis.html
Hyperledger Fabric Service on SCP
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