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摘要：

lHyperledger發(fā)起于2015年12月，是一個由Linxu基金會管理的開源模塊化區(qū)塊鏈平臺，旨在促進(jìn)跨行業(yè)區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，目前在全球范圍內(nèi)有超過250個的參與機(jī)構(gòu)，主要的目的在于創(chuàng)建企業(yè)級、開源的分布式賬本框架和代碼庫來支持全球范圍內(nèi)的商業(yè)交易。

l基于Hyperledge中孵化項目的主要功能和特性，其主要的可應(yīng)用的行業(yè)用例包括金融證證券、物聯(lián)網(wǎng)、共享經(jīng)濟(jì)、供應(yīng)鏈等。作為需要授權(quán)加入的半開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在企業(yè)間可以實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)的實(shí)時信息同步，保障數(shù)據(jù)完整性，解決各方信任問題等一系列優(yōu)點(diǎn)。 

lHyperledger孵化并推廣了一系列商業(yè)區(qū)塊鏈技術(shù)，包括分布式賬本框架、智能合約引擎，客戶端數(shù)據(jù)庫，圖形界面管理，實(shí)用程序庫和實(shí)例應(yīng)用程序，Hyperledger的傘型管理策略鼓勵重復(fù)使用通用模塊，目前主要有五個技術(shù)框架：Sawtooth，Iroha，F(xiàn)abric, Burrow, Indy,以及5個工具包包括：Caliper，Explorer，Cello，Quilt，Composer。 

l考慮到包括Fabric與Sawtooth在類的企業(yè)級應(yīng)用框架近一年多時間內(nèi)才上線，缺乏經(jīng)過驗證的用例，企業(yè)對技術(shù)潛力理解有限，人才相對缺失等挑戰(zhàn)都需要時間以及來自部分領(lǐng)先開拓者的幫助。

目錄

1. Hyperledger簡述與行業(yè)用例

  1.1 聯(lián)盟鏈—Hyperledger背景簡述

  1.2 Hyperledger聯(lián)盟成員

  1.3 Hyperledger行業(yè)用例

2. Hyperledger的設(shè)計理念與架構(gòu)

  2.1 Hyperledger的系統(tǒng)設(shè)計理念

  2.2 Hyperledger主要技術(shù)框架

  2.3 Hyperledger工具包

3.  Hyperledger交易流程 Sawtooth&Fabric

  3.1 Hyperledger Sawtooth交易流程.

  3.2 Hyperledger Fabric交易流程

4. Hyperledger的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

1. Hyperledger簡述與行業(yè)用例

1.1  聯(lián)盟鏈—Hyperledger背景簡述

 聯(lián)盟鏈可以被認(rèn)為是半分散性質(zhì)的區(qū)塊鏈組織架構(gòu)，通常只對特定的組織或個人節(jié)點(diǎn)進(jìn)行參與權(quán)限認(rèn)證。在公有的區(qū)塊鏈中，任何人都可以讀取數(shù)據(jù)或開展操作，對于共識的參與也沒有限制，整個鏈的控制不屬于任何人或?qū)嶓w。而在聯(lián)盟鏈中，共識的參與是只對于在網(wǎng)絡(luò)中預(yù)先批準(zhǔn)的一組節(jié)點(diǎn)開放，聯(lián)盟鏈的控制權(quán)往往不是授予單個實(shí)體，而是給到一群特定的被授權(quán)組織。因此，聯(lián)盟鏈往往擁有區(qū)塊鏈固有的安全特性，同時也允許對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更大程度的控制。

目前聯(lián)盟鏈通常與企業(yè)相關(guān)，往往是多個公司合作利用區(qū)塊鏈技術(shù)改進(jìn)業(yè)務(wù)流程，全球大規(guī)模的聯(lián)盟鏈例子有：Quorum、Hyperledger 、Corda，本文研究將主要以Hyperledger為例。

Hyperledger發(fā)起于2015年12月，是一個由Linxu基金會管理的開源模塊化區(qū)塊鏈平臺，旨在促進(jìn)跨行業(yè)區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，目前在全球范圍內(nèi)有超過250個的參與機(jī)構(gòu)，主要的目標(biāo)如下:

l創(chuàng)建企業(yè)級、開源的分布式賬本框架和代碼庫來支持全球范圍內(nèi)的商業(yè)交易。 

l提供中立、開放和由社區(qū)驅(qū)動的區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施，由技術(shù)和商業(yè)同時進(jìn)行管理。 

l建立技術(shù)社區(qū)來開發(fā)區(qū)塊鏈與共享賬本使用實(shí)例，可進(jìn)行企業(yè)現(xiàn)場跟蹤和部署。

1.2  Hyperledger聯(lián)盟成員

Hyperledger自成立以來在全球范圍內(nèi)吸引了大量企業(yè)的關(guān)注，眾多行業(yè)巨頭加入了聯(lián)盟之中，其高級會員包括：思科、空中巴士、百度、IBM、Inter、日立，J,P.Morgan等。普通會員中國內(nèi)較為知名的有：小米、華大基因、招生銀行、中信、京東、華為、聯(lián)想等。

1.3  Hyperledger行業(yè)用例

基于Hyperledge中孵化項目的主要功能和特性，其主要的可應(yīng)用的行業(yè)用例包括：

l金融資產(chǎn)存管

金融證券等資產(chǎn)可以在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)信息化，金融資產(chǎn)的所有相關(guān)方可以直接訪問每種資產(chǎn)，以便發(fā)起交易或獲取資產(chǎn)信息。交易可以在利益相關(guān)方之間商定的時間范圍內(nèi)進(jìn)行，而無需通過中間方。利益相關(guān)者能夠為任何給定的資產(chǎn)類型添加業(yè)務(wù)規(guī)則，并通過自動化進(jìn)一步降低運(yùn)營成本。

l公司活動

當(dāng)公司在開展業(yè)務(wù)活動時，能夠?qū)⑼暾敿?xì)信息實(shí)時發(fā)送給股東，無論該流程涉及多少中介（收款/付款代理，CSD，ICSD，本地/全球托管銀行，資產(chǎn)管理公司等）。一旦股東做出決定，該決定也將被實(shí)時處理和結(jié)算（包括新的股票發(fā)行）。

l供應(yīng)鏈

區(qū)塊鏈平臺允許供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中的每個參與者輸入和跟蹤原材料的采購，跟蹤運(yùn)輸貨物的出處，并確保生產(chǎn)和儲存的不可變記錄。除了在金融和公司活動方面的相關(guān)用例以外，在供應(yīng)鏈中主要給參與方提供了一種深度的檢索系統(tǒng)，以確保在各個流通環(huán)節(jié)的安全真實(shí)性。

l數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)通常指的是非交易和業(yè)務(wù)信息，也是是許多行業(yè)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)組成部分。在核心數(shù)據(jù)上往往需要反應(yīng)真實(shí)情況。在這個前提下，授權(quán)方可以提交數(shù)據(jù)更改，指定的驗證方可以選擇接受或拒絕這些更改，這樣將解決眾多的數(shù)據(jù)質(zhì)量和完整性問題。

l共享經(jīng)濟(jì)和物聯(lián)網(wǎng)

共享經(jīng)濟(jì)將在許多行業(yè)產(chǎn)生新的商業(yè)類型，包括智慧城市，聯(lián)網(wǎng)住宅，汽車，交通，醫(yī)療保健，零售，建筑，教育和運(yùn)動健身等等。然而，當(dāng)下在進(jìn)行交易時，個人、組織和監(jiān)管機(jī)構(gòu)并不總是相互信任。正確應(yīng)用區(qū)塊鏈分類帳技術(shù)將有助于解決各方之間存在的許多信任問題。

2.  Hyperledger的設(shè)計理念與架構(gòu)

2.1  Hyperledger的系統(tǒng)設(shè)計理念

Hyperledger作為一個高度模塊化的區(qū)塊鏈平臺，在增加適用性的前提下，其主要的設(shè)計理念包含四個部分：身份服務(wù)，策略服務(wù)，區(qū)塊鏈和智能合約。

l身份服務(wù)：身份服務(wù)管理參與組織、驗證者和交易者的身份，包括分類賬本中各個參與方的相關(guān)信息，例如資產(chǎn)和智能合約，以及網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和具體執(zhí)行環(huán)境等系統(tǒng)組件。

l政策服務(wù)：主要作用在于設(shè)定和管理聯(lián)盟治理策略，包括訪問控制和授權(quán)許可，制定章程和準(zhǔn)入規(guī)則，身份注冊和驗證方式，隱私和保密規(guī)則，問責(zé)機(jī)制和共識建立等。

l區(qū)塊鏈：主要包含三個關(guān)鍵組件——點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議，分布式賬本和共識管理器。點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議適用于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，分布式賬本更為長久的保存數(shù)據(jù)，并最大限度的減少單個組織運(yùn)行所需的存儲空間。 

l智能合約：非公開的智能合約部署，這些智能合約只能通過網(wǎng)絡(luò)中已驗證的成員來調(diào)用。

Hyperledger孵化并推廣了一系列商業(yè)區(qū)塊鏈技術(shù)，包括分布式賬本框架、智能合約引擎，客戶端數(shù)據(jù)庫，圖形界面管理，實(shí)用程序庫和實(shí)例應(yīng)用程序，Hyperledger的傘型管理策略鼓勵重復(fù)使用通用模塊，目前主要的技術(shù)框架有：

Intel主導(dǎo)開發(fā)，是一個用戶構(gòu)架，部署和運(yùn)行分布式賬本的模塊化平臺，包含一種新穎的共識算法——經(jīng)驗時間證明（PoET)，它以最小的資源消耗為目標(biāo)，增強(qiáng)聯(lián)盟中商業(yè)流通效率。

作為開發(fā)模塊化架構(gòu)應(yīng)用程序或解決方案的基礎(chǔ)平臺，Hyperledger Fabric允許例如共識機(jī)制和成員服務(wù)類型的組件即插即用。

Hyperledger Iroha是一個易于使用的模塊化分布式區(qū)塊鏈平臺，具有獨(dú)特的共識和訂購服務(wù)算法，以及基于不同角色的權(quán)限模型，支持多方簽名。

由Monax提供，為模塊化區(qū)塊鏈客戶端提供了一個根據(jù)以太坊虛擬機(jī)規(guī)范開發(fā)的智能合約解釋器。

分布式賬本身份管理，提供工具庫和可重復(fù)使用的組件，用于創(chuàng)建和使用基于區(qū)塊鏈或其他分類賬本的獨(dú)立數(shù)字身份，以實(shí)現(xiàn)互操作性。

除了5個主要的技術(shù)框架之外，還包含有5個工具包，目的在于協(xié)助聯(lián)盟內(nèi)成員的區(qū)塊鏈解決方案部署。

一種基于區(qū)塊鏈基準(zhǔn)的測試工具，允許用戶使用一組預(yù)定的參數(shù)來衡量特定區(qū)塊鏈的具體實(shí)現(xiàn)性能。

旨在為區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)提供“即時服務(wù)”部署模型，以減少創(chuàng)建，管理和終止區(qū)塊鏈應(yīng)用所需的工作量。

一種協(xié)作工具，用于構(gòu)建區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，加速智能合約的開發(fā)及其在分布式賬本中的部署。

可以查看，調(diào)用，部署或查詢存儲在分類賬本中的相關(guān)信息包括：區(qū)塊，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)信息，鏈代碼等。

通過實(shí)施ILP提供分類賬本系統(tǒng)之間的互操作性，ILP主要是支付協(xié)議，旨在跨分布式分類賬和非分布式分類賬之間傳輸價值。

Hyperledger Sawtooth是一個企業(yè)區(qū)塊鏈平臺，用于構(gòu)建分布式賬本應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計理念目標(biāo)是保持分布賬架構(gòu)，同時使企業(yè)用途的智能合約安全執(zhí)行。

Sawtooth通過將核心系統(tǒng)與應(yīng)用程序分離，簡化了區(qū)塊鏈應(yīng)用程序的開發(fā)。應(yīng)用程序開發(fā)人員可以使用他們選擇的語言設(shè)定應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)規(guī)則，而無需了解底層核心系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)計。

在Sawtooth的網(wǎng)絡(luò)中，需要由驗證者（Validator)驗證交易區(qū)塊，并使整個網(wǎng)絡(luò)的信息改變保持一致性。當(dāng)一個用戶創(chuàng)建一個交易批次時，通過REST API將其提交給一個驗證者。驗證者在確認(rèn)交易信息有效的前提下，在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用并改變其狀態(tài)，如果交易信息中有任何缺失的部分，交易便不會被驗證為有效。

Sawtooth采用的一種叫做經(jīng)驗時間證明的共識算法（PoET)，PoET使用隨機(jī)函數(shù)從不同的分布式節(jié)點(diǎn)當(dāng)抽取一個節(jié)點(diǎn)來充當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)者。網(wǎng)絡(luò)中的驗證者會分別得到一個等待時間，對于特定區(qū)塊有著最短等待時間的驗證者將會被指定創(chuàng)建區(qū)塊。與依靠設(shè)備優(yōu)勢的算法不同，這種隨機(jī)的選擇方式使得聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)規(guī)模具有更大的擴(kuò)展性。

在Fabric的架構(gòu)中，企業(yè)可以為節(jié)點(diǎn)分配不同的角色，包括客戶/客戶端，排序（更新交易數(shù)據(jù)）,Peer（在分類賬中提交交易），Endorser(驗證交易），交易流程分別如下：

（1）通過客戶端SDK接口，向Endorsing Peer發(fā)送交易信息請求

（2）每個Endorsing Peer單獨(dú)對客戶端交易進(jìn)行模擬處理并簽名，并將結(jié)果數(shù)據(jù)打包為RW Sets的形式返還給客戶端。這時候的交易信息驗證只是在于一對Endorsing Peer和客戶端之間有效，在全網(wǎng)范圍內(nèi)并不能被算做有效，這直到客戶端收到大多Endorsing Peer的回復(fù)之后，交易才能被視為有效。每個Endorsing Peer中都包含有智能合約以驗證交易，其中的參數(shù)和驗證機(jī)制可以由開發(fā)者設(shè)置。

（3）在交易驗證成功之后，客戶端將交易信息和RW SetS一并提交給排序服務(wù)進(jìn)行打包排序。在排序服務(wù)中包含的共識算法也可以由開發(fā)者自由選擇，在選擇的共識算法之下，排序服務(wù)將交易打包為區(qū)塊。

（4）排序服務(wù)并不處理交易和維護(hù)賬本，而是將排序后的交易信息反饋給所有參與節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)再對交易依次進(jìn)行驗證。

（5）在所有節(jié)點(diǎn)的交易信息同步后，由Committing Peer進(jìn)行最后的驗證并將交易寫入?yún)^(qū)塊鏈中。若果RW Sets里的信息在這時沒有在所有節(jié)點(diǎn)中保持一致，交易仍然會被驗證為失敗，但依然會保存在區(qū)塊鏈中。

（6）最后由Committing Peer通過異步通知的方式反饋給客戶端交易驗證成功或者失敗的結(jié)果。

Hyperledger Fabric的整體網(wǎng)絡(luò)是由節(jié)點(diǎn)來維護(hù)的，而不是由傳統(tǒng)商業(yè)模式中的特定方來完成。Endorsing peer校驗客戶端的簽名，然后執(zhí)行智能合約代碼模擬交易。交易處理完成后，對交易信息簽名，返回給客戶端。客戶端收到簽名后的交易信息后，發(fā)給order節(jié)點(diǎn)排序。Order節(jié)點(diǎn)將交易信息排序打包成區(qū)塊后，廣播發(fā)給committing peers，寫入?yún)^(qū)塊鏈中。一個完整的交易處理流程如下圖所示：

l由于有望提高效率和降低成本，大多企業(yè)對區(qū)塊鏈技術(shù)都越來越感興趣。但是由于缺乏隱私，伸展性能較差與較低的數(shù)據(jù)吞吐量，大多企業(yè)無法選擇使用無授權(quán)要求的公開區(qū)塊鏈。

l與公開區(qū)塊鏈打造的“去信任”網(wǎng)絡(luò)相比，Hyperledger專為滿足商業(yè)客戶的需求而量身定做。可以為適合的企業(yè)用戶提供一系列的身份管理解決方案，可以與現(xiàn)有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)信任系統(tǒng)集成，并且能以最少的成本和操作集成到現(xiàn)有商業(yè)系統(tǒng)中。 

lHyperledger的模塊化結(jié)構(gòu)可以解決目前由于區(qū)塊鏈技術(shù)較新而缺乏的現(xiàn)成插件問題。在模塊化的架構(gòu)中，開發(fā)人員可以在其中創(chuàng)建包含自定義身份管理等的插件，并可以結(jié)合自身需求設(shè)置權(quán)限。

l沒有類似于POW的算法要求與挖坑要求，也無需通過通證來進(jìn)行價值流通，對于商業(yè)用戶來講，提供了其可拓展性，使得交易更加快速。 

l目前聯(lián)盟成員中包含了大多行業(yè)的龍頭企業(yè)，在這樣一個多元化的組織中，每個企業(yè)在區(qū)塊鏈技術(shù)以及他們的主要業(yè)務(wù)方向方面都具有重要的專業(yè)知識，社區(qū)的綜合力量將為Hyperledger未來的發(fā)展路線圖帶來豐厚回報。

l考慮到包括Fabric與Sawtooth在類的企業(yè)級應(yīng)用框架近一年多時間內(nèi)才上線，缺乏經(jīng)過驗證的用例，企業(yè)對技術(shù)潛力理解有限，人才相對缺失等挑戰(zhàn)都需要時間以及來自部分領(lǐng)先開拓者的幫助。