這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)如何理解HyperLeger Fabric共識(shí)機(jī)制，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后對(duì)相關(guān)知識(shí)有一定的了解。

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HyperLeger Fabric開發(fā)（四）——HyperLeger Fabric共識(shí)機(jī)制

一、Fabric共識(shí)過程

1、Fabric共識(shí)過程

Fabric區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)本質(zhì)上是互相復(fù)制的狀態(tài)機(jī)，節(jié)點(diǎn)之間需要保持相同的賬本狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)分布式節(jié)點(diǎn)的一致性，各個(gè)節(jié)點(diǎn)需要通過共識(shí)過程，對(duì)賬本狀態(tài)的變化達(dá)成一致性的認(rèn)同。
Fabric區(qū)塊鏈的共識(shí)過程包括3個(gè)階段：背書、排序和校驗(yàn)。

2、背書

在背書（endorsement）階段中，背書節(jié)點(diǎn)對(duì)客戶端發(fā)來的交易提案進(jìn)行合法性校驗(yàn)，然后模擬執(zhí)行鏈碼得到交易結(jié)果，最后根據(jù)設(shè)定的背書邏輯判斷是否支持該交易提案。如果背書邏輯決定支持交易提案，會(huì)把交易提案簽名后發(fā)回給客戶端。
客戶端通常需要根據(jù)鏈碼的背書策略，向一個(gè)或者多個(gè)成員的背書節(jié)點(diǎn)發(fā)出背書請(qǐng)求。背書策略會(huì)定義需要哪些節(jié)點(diǎn)背書交易才有效，例如需要5個(gè)成員的背書節(jié)點(diǎn)中至少3個(gè)同意；或者某個(gè)特殊身份的成員支持等。客戶端只有在收集足夠多的背書節(jié)點(diǎn)的交易提案簽名，交易才能被視為有效。

3、排序

排序（ordering）階段就是由排序服務(wù)對(duì)交易進(jìn)行排序，確定交易之間的時(shí)序關(guān)系。排序服務(wù)把一段時(shí)間內(nèi)收到的交易進(jìn)行排序，然后把排序后的批量交易打包成數(shù)據(jù)塊（區(qū)塊），再把區(qū)塊廣播給通道中的成員。采用排序共識(shí)方式，各個(gè)成員收到的是一組發(fā)生順序相同的交易，從而保證了所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)一致性。
Fabric 1.0中的排序服務(wù)支持可插拔的架構(gòu)，除了提供的SOLO和Kafka 模式外，用戶可以添加第三方的排序服務(wù)。SOLO是單機(jī)模式，僅適合開發(fā)測(cè)試中使用。Kafka模式是基于Kafka開源的分布式數(shù)據(jù)流平臺(tái)，具有高擴(kuò)展性和容錯(cuò)能力，適合用在生產(chǎn)系統(tǒng)。Kafka模式只提供了CFT類型的容錯(cuò)能力，即僅可對(duì)節(jié)點(diǎn)的一般故障失效容錯(cuò)，缺乏對(duì)節(jié)點(diǎn)故意作惡的行為進(jìn)行容錯(cuò)的能力。
排序服務(wù)是共識(shí)機(jī)制中重要的一環(huán)，所有交易都要通過排序服務(wù)的排序才可以達(dá)成全網(wǎng)共識(shí)，因此排序服務(wù)要避免成為網(wǎng)絡(luò)上的性能瓶頸。

4、校驗(yàn)

校驗(yàn)（Validation）階段是確認(rèn)節(jié)點(diǎn)對(duì)排序后的交易進(jìn)行一系列的檢驗(yàn)，包括交易數(shù)據(jù)的完整性檢查、是否重復(fù)交易、背書簽名是否符合背書策略的要求、交易的讀寫集是否符合多版本并發(fā)控制MVCC（Multiversion Concurrency Control）的校驗(yàn)等。當(dāng)交易通過了所有校驗(yàn)后，將被標(biāo)注為合法并寫入賬本中。因?yàn)樗械拇_認(rèn)節(jié)點(diǎn)都按照相同的順序檢驗(yàn)交易，并且把合法的交易依次寫入賬本中，因此不同確認(rèn)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)能夠始終保持一致。

二、Fabric共識(shí)機(jī)制

1、Fabric共識(shí)模式

在所有Peer節(jié)點(diǎn)中，交易信息必須按照一致的順序?qū)懭胭~本（區(qū)塊鏈的一致性基本原則）。例如，比特幣通過POW機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)記賬權(quán)，由最先完成數(shù)學(xué)難題的節(jié)點(diǎn)獲取記賬權(quán)并生成區(qū)塊，決定本區(qū)塊中的信息順序，并廣播給全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)，以此來達(dá)成賬本的共識(shí)。而Hyperledger Fabric采用了更加靈活、高效的共識(shí)算法，以適應(yīng)企業(yè)場(chǎng)景下對(duì)高TPS的要求。目前，Hyperledger Fabric有三種交易排序算法：Solo、Kafka、SBFT。
Solo：只有一個(gè)排序服務(wù)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收交易信息并排序，是最簡(jiǎn)單的一種排序算法，一般用于開發(fā)測(cè)試環(huán)境中。Solo共識(shí)模式屬于中心化的處理方式，不支持拜占庭容錯(cuò)。
Kafka：Kafka是Apache的一個(gè)開源項(xiàng)目，主要提供分布式的消息處理／分發(fā)服務(wù)，每個(gè)Kafka集群由多個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)組成。Hyperledger Fabric利用Kafka對(duì)交易信息進(jìn)行排序處理，提供高吞吐、低延時(shí)的處理能力，并且在集群內(nèi)部支持節(jié)點(diǎn)故障容錯(cuò)，但不支持拜占庭容錯(cuò)。
SBFT：簡(jiǎn)單拜占庭算法，支持拜占庭容錯(cuò)的可靠排序算法，包括容忍節(jié)點(diǎn)故障以及一定數(shù)量的惡意節(jié)點(diǎn)。目前，Hyperledger Fabric社區(qū)正在開發(fā)SBFT算法。

2、Solo共識(shí)模式

Solo共識(shí)模式指網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中只有一個(gè)排序節(jié)點(diǎn)，從Peer節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的消息由一個(gè)排序節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序和產(chǎn)生區(qū)塊；由于排序服務(wù)只有一個(gè)排序節(jié)點(diǎn)為所有Peer節(jié)點(diǎn)服務(wù)，沒有高可用性和可擴(kuò)展性，不適合用于生產(chǎn)環(huán)境，通常用于開發(fā)和測(cè)試環(huán)境。Solo共識(shí)模式調(diào)用時(shí)序圖如下：

Solo共識(shí)模式調(diào)用過程說明：
   A、Peer節(jié)點(diǎn)通過gPRC連接排序服務(wù)，連接成功后，發(fā)送交易信息。
   B、排序服務(wù)通過Recv接口，監(jiān)聽Peer節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的信息，收到信息后進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)塊處理。
   C、排序服務(wù)根據(jù)收到的消息生成數(shù)據(jù)區(qū)塊，并將數(shù)據(jù)區(qū)塊寫入賬本（Ledger）中，返回處理信息。
   D、Peer節(jié)點(diǎn)通過deliver接口，獲取排序服務(wù)生成的區(qū)塊數(shù)據(jù)。

3、Kafka共識(shí)模式

共識(shí)集群由多個(gè)排序服務(wù)節(jié)點(diǎn)（OSN）和一個(gè)Kafka集群組成。排序節(jié)點(diǎn)之間不直接通信，僅僅與Kafka集群通信。
在排序節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)里，通道(Channel)在Kafka中是以主題topic的形式隔離。
每個(gè)排序節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，針對(duì)每個(gè)通道都會(huì)建立與Kafka集群對(duì)應(yīng)topic的生產(chǎn)者及消費(fèi)者。生產(chǎn)者將排序節(jié)點(diǎn)收到的交易發(fā)送到Kafka集群進(jìn)行排序，在生產(chǎn)的同時(shí)，消費(fèi)者也同步消費(fèi)排序后的交易。

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