本文介紹了一些區(qū)塊鏈原理性的使用案例，并概括了其基本要求及高層架構。區(qū)塊鏈技術在不斷演變中，Hyperledger 的設計正運用了這項技術構架。在相同網(wǎng)絡的企業(yè)競爭合作中，Hyperledger 作為商對商（B2B） 、商對客（B2C）的一種交易協(xié)議，既符合規(guī)章制度，又能夠支持各類要求的實現(xiàn)。其設計（下面會詳述）的核心元素是智能合約（又稱鏈上代碼）、數(shù)字資產(chǎn)、記錄儲存庫、中心化共識網(wǎng)絡、加密安全。此外，區(qū)塊鏈主要產(chǎn)品還涉及行業(yè)性能要求、身份識別、私下機密交易、以及便攜式共識模型等。

背景

區(qū)塊鏈是-種新興技術，它能夠徹底改變?nèi)谫Y、供應鏈、及其他交易網(wǎng)絡，為創(chuàng)新與發(fā)展帶去新的機遇，同時還能減少運營成本，降低風險。自2009年來比特幣在交易領域迅速崛起，許多企業(yè)及行業(yè)投入了大量資源來研究其底層技術，從而傳播這廣受歡迎但又頗具爭議的加密幣。

區(qū)塊鏈是一種點對點分布式賬本技術，它是第一-個在金融領域獲得動力的技術，因為它能夠有效而安全地發(fā)行、交易、管理、服務資產(chǎn)。在記錄系統(tǒng)（SoR）范圍內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)中的每一位成員都需要維護好自己的賬本系統(tǒng)，并審核與其他成員的交易進展，這個過程既低效，又昂貴，而且沒有內(nèi)部組織操作流標準。而分布式賬本則完全不同，它能夠減少成本，使業(yè)務網(wǎng)絡的建立更加容易，并且不再需要提供中心點控制。

由于共享賬本概念在商業(yè)領域越來越受關注，區(qū)塊鏈智能合約也因此引起了人們的注意。智能合約是各種商業(yè)規(guī)則的集合，它在區(qū)塊鏈上運行，由一組利益相關方共有并進行驗證。智能合約在商業(yè)自動化進程中非常管用，而且誠信可靠，它能夠使利益相關方以團體形式處理并驗證合約條款。Hyperledger就是采用鏈上代碼（chaincode） 執(zhí)行智能合約的。

比特幣及其他加密幣的開發(fā)就是用來對抗任何形式的審查的一任何人都能參與，而且不需要建立身份，只要貢獻一點時間來完成運算周期就行。在比特幣區(qū)塊鏈模型中，沒有中心機構來發(fā)放許可，因為這些網(wǎng)絡是非授權的。他們要進行無數(shù)工作量證明運算，成本非常高。

Hyperledger對傳統(tǒng)區(qū)塊鏈模型進行了革新，其中包括管理參與者的訪問許可權。換句話說，Hyperledger 是有權限的共享賬本。Hyperledger為身份識別、審核及隱私提供了一個安全、健康的模型，從而縮短運算周期，實現(xiàn)有效擴展，應對業(yè)內(nèi)各種運用要求。

進入2016年，關于區(qū)塊鏈的認識越來越多，研究出一個適用且可擴展的解？決方案變得日益緊迫。

為什么是一個新構架

作為一項剛開發(fā)的技術，區(qū)塊鏈還不能滿足商業(yè)交易中各類復雜要求。其可擴展性還存在問題，也不能支持私下機密交易，這些限制都使其難以在眾多以業(yè)務為主的應用程序中運行自如。為了應對各種各樣的市場需求，Hyperledger的設計以產(chǎn)業(yè)應用為重點，解決了現(xiàn)有缺點，擴展了業(yè)內(nèi)先行者原有的功能。

我們的設想

我們設想了區(qū)塊鏈技術會為現(xiàn)代商業(yè)交易帶來的革新與改變，分析了業(yè)內(nèi)的使用案例及密鑰要求，設計并建立了一套系統(tǒng)來推動區(qū)塊鏈技術的廣泛運用。

一個涵蓋眾多網(wǎng)絡的世界

我們希望能夠出現(xiàn)眾多區(qū)塊鏈網(wǎng)絡，使每個網(wǎng)絡賬本都能執(zhí)行不同的業(yè)務。基于這一期望，我們開發(fā)了Hyperledger?，F(xiàn)在單一普遍的通用網(wǎng)絡或許已經(jīng)出現(xiàn)，但是要想網(wǎng)絡賬本核心功能的運行依靠其他網(wǎng)絡來完成，還尚未有實例。Hyperledger除了能夠?qū)崿F(xiàn)這種網(wǎng)絡獨立運行之外，它還有一個尋址系統(tǒng)，能夠通過一個賬本的交易，發(fā)現(xiàn)并利用另一賬本中的正當交易與智能合約（鏈上代碼chaincode）。

對網(wǎng)絡權限的需求日益增加

有權限的網(wǎng)絡是通過已知白名單組織來運行驗證與非驗證節(jié)點的，由網(wǎng)絡發(fā)行機關來授予交易者一個識別身份。發(fā)行機關根據(jù)網(wǎng)絡的目的來確定適當?shù)脑L問權限，而這種權限需要進行身份識別，然后才能在網(wǎng)絡進行交易。這一網(wǎng)絡能夠公開運行，并且很容易就能融入到移動應用。它也能完全私下運行，受邀參與者只有通過驗證，才能獲悉其情況。因為Hyperledger構架的設計符合各種目的，能夠允許各網(wǎng)絡之間互相訪問，而且其協(xié)議也能夠滿足各類使用要求，并且還設有不同級別的權限。

隱私及機密的重要性

我們相信任何區(qū)塊鏈構架都有一個基本要求，那就是網(wǎng)絡上任何一方的身份及行為模式，都不能允許未經(jīng)授權的人通過賬本來打探情況。我們也希望能夠保證區(qū)塊鏈用戶的業(yè)務邏輯及其他交易參數(shù)的機密性，做到除了合約涉及的利益相關方或交易中的資產(chǎn)，沒有人能夠訪問這些數(shù)據(jù)。

行業(yè)用例

我們編寫了一套區(qū)塊鏈初步要求，這些對接下來介紹的使用案例來說至關重要。

（注：下述用例能推動指導架構及測試驅(qū)動的開發(fā)。這些案例雖然還在發(fā)展中，但是所有參與者都應該認同其內(nèi)容及技術層次的優(yōu)先順序。如果您覺得哪里不盡人意，就可以提出進行改變。請不要超過四個抽象用例，最好是三個。）

商務合同

商務合同能夠通過編碼，使雙方或更多參與者自動執(zhí)行合約條款，并且保證誠信。雖然區(qū)塊鏈上的信息本質(zhì)上是公開的，但是商對商合約要求具備隱私保護的機制，來保護敏感的商業(yè)信息，防止信息泄露給同樣能夠訪問賬本的外部人員。

雖然說保密協(xié)議對商業(yè)案例來說很重要，但是也有很多場合需要也應該做到合約公開，從而保證賬本上所有人員都能輕松獲取消息：比如，用來確定報價以供競標的賬本。這種合約就需要標準化，這樣競標人就可以很快獲取信息。

資產(chǎn)存管

金融證券之類的資產(chǎn)必須在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡上實現(xiàn)去中心化，這樣所有同種資產(chǎn)的利益相關方就能直接訪問每一資產(chǎn)，從而發(fā)起交易，獲取相關信息，而不再需要通過層層中間人來進行了。交易基本實現(xiàn)實時結算，而且也必須保證所有利益相關方能夠?qū)崟r掌握資產(chǎn)情況。對任何資產(chǎn)種類，利益相關方都應有權增加商務規(guī)則，這樣也能通過自動化邏輯應用來減少運營成本。創(chuàng)造資產(chǎn)的人必須像用例保證的那樣，實現(xiàn)資產(chǎn)及相關交易規(guī)則保密或者公開。

供應鏈

區(qū)塊鏈框架必須保證每一位供應鏈網(wǎng)絡中的參與者都能夠：輸入并追蹤原材料來源;記錄部件生產(chǎn)的遙測數(shù)據(jù);追蹤航運商品的出處;保證包括成品生產(chǎn)、貯存、銷售及后續(xù)事宜在內(nèi)的所有記錄都不可改變。除了之前描述過的商務合約及資產(chǎn)存管模式，供應鏈這一用例更多強調(diào)的是其深度搜索性，保證可以在過去層層交易中追溯所需記錄。其核心是為每一個從其他組件品中制造出來的商品創(chuàng)建出處。

特色要求

下面提到的特色要求以健全產(chǎn)業(yè)的用例為基礎，推動了Hyperledger構架的開發(fā)。這些要求包括身份識別與可審核性、私下交易、保密合約、模塊共識、性能績效、可擴展性、鏈上代碼（ chaincode）以及智能合約。

身份識別與可審核性

交易的隱私性固然重要，但是區(qū)塊鏈商業(yè)用途也要遵守--定的規(guī)章制度，使監(jiān)管方能夠訪問調(diào)查交易記錄。事后（有時得好幾年后）交易一方必須提供身份識別以及資產(chǎn)所有權，在沒有機制的情況下，通過身份識別來確定當事人身份以及其在賬本上的活動。

于是Hyperledger協(xié)議順勢而生，它在注冊機關登記了一個加密證書，從而鎖定用戶的機密數(shù)據(jù)。注冊機關能夠發(fā)布并撤銷網(wǎng)絡參與者的身份驗證。針對每一個身份，協(xié)議都會生成一個秘鑰，供成員在網(wǎng)絡上進行交易，而且不會透露交易方的身份，保障網(wǎng)絡隱私。

私下交易及保密合約

如果交易模式能夠進行公開觀察與分析，那么共享賬本就會泄露商業(yè)關系的細節(jié)，而這些細節(jié)本不應透露給競爭者的。供應方或買方的圈子本來就小，支持雙方貿(mào)易的系統(tǒng)就更不應該泄露任何一方的交易情況。因此，運用于商業(yè)活動的區(qū)塊鏈就必須提供一個機制，來保證未授權的第三方不能獲悉有關身份、交易模式、以及保密合約等條款。

Hyperledger可以通過加密交易來保證其內(nèi)容的機密性，只有利益相關方能夠?qū)ζ溥M行解密并執(zhí)行。此外，業(yè)務邏輯（通過智能合約來實現(xiàn)）也做了加密處理來確保安全（如果利益相關方要求機密的話），并且只有在運行的時候才能加載、破解。關于這一點，會在之后架構部分詳細闡明。

模塊共識

由于不同行業(yè)及領域有各自的網(wǎng)絡要運行，所以不同的網(wǎng)絡也要配置不同的共識算法來滿足不同的使用要求。Hyperledger協(xié)議下的共識必須運用可插入式算法，使用戶自行在配置中自行選擇共識算法。Hyperledger協(xié)議的首次發(fā)行將提供拜占庭容錯算法（BFT），這種算法采用的是實用拜占庭容錯算法（PBFT）協(xié)議。我們期待今后社區(qū)中能有更多人分享其他共識算法模型。

邏輯=鏈上代碼=智能合約

區(qū)塊鏈邏輯，或者我們常說的“智能合約”，是各方之間自動執(zhí)行的協(xié)議，其中所有相關條款都由代碼編成，能夠進行自動結算，今后通過簽名或其他觸發(fā)事件來執(zhí)行。在Hyperledger項目中，我們把它叫做“鏈上代碼”（chaincode） ， 通過鏈上代碼來建立并區(qū)分區(qū)塊鏈邏輯及其書面合約。（這 個術語還在檢測中，可能會有所改變。）

鏈上代碼（chaincode）概念比智能合約還要再寬泛一些，智能合約這一概念是由NickSzabo提出來的。鏈上代碼能夠通過任何主流編程語言進行編寫，并且在Hyperledger的上下文背景層內(nèi)執(zhí)行。鏈上代碼能夠定義智能合約模塊語言（類似Velocity或者Jade），限制環(huán)境函數(shù)的執(zhí)行以及其運算靈活度，從而滿足法律合約的要求。

性能績效以及可擴展性

如果從經(jīng)濟角度來認識區(qū)塊鏈框架的網(wǎng)絡應用，那么在設計過程中就必須把長期的業(yè)績考慮進去。一個賬本或一套賬本必須能夠持續(xù)運作100多年，并且在用戶可獲取的時效內(nèi)，允許客戶使用其發(fā)掘、搜索、身份識別及其他功能。不過隨著時間的推移，指定網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)量及交易人員也會越來越多，因此，其框架還必須在保證性能表現(xiàn)的前提下，解決這些問題。

架構

下面圖2將為您展示Hyperledger所參考的架構，包括三大類：會員制、區(qū)塊鏈、鏈上代碼。這些都是邏輯結構，而不是對獨立步驟、地址空間或者（虛擬）機器中分區(qū)組件的物理描述。

其中有些部分會從頭建起，有的會采用現(xiàn)有的開源碼，還有一些則與現(xiàn)有服務結合從而實現(xiàn)所需功能。

會員制服務負責管理的是網(wǎng)絡上的身份識別、隱私與機密。參與者通過注冊來獲取身份，然后屬性授權機構才能發(fā)放密鑰來進行交易。聲譽管理器能夠使審計人員瀏覽某參與者的交易情況，如果審計人員已經(jīng)獲得參與者授予的適當訪問權限的話。

區(qū)塊鏈服務負責管理分布式賬本，通過在超文本傳輸協(xié)議2.0建立的點對點協(xié)議進行。數(shù)據(jù)結構經(jīng)過優(yōu)化能夠有效維護眾參與者重復的整體狀態(tài)。不同的共識算法或?qū)⑶度朊恳粋€配置中，以保證高度一致性（通過拜占庭容錯算法來處理錯誤，通過崩潰容忍來處理延誤與中斷，或借助工作量證明方案來應對審查）。

鏈上代碼（Chaincode）服務負責提供安全又輕便的沙盒裝載路徑，供鏈上代碼執(zhí)行驗證節(jié)點。整個環(huán)境是一個封鎖且安全的容器，內(nèi)含一個 簽署過的圖片庫，包括安全的操作系統(tǒng)及鏈上代碼語言，以及Golang （準備期）、Java （計劃期）、Node. js （計劃期）等軟件開發(fā)工具包組圖與執(zhí)行環(huán)境。如果有需要的話，也能添加其他程序語言。

會員制

區(qū)塊鏈

分布式賬本運用RocksDB來長久保存數(shù)據(jù)集，并且為了符合其三大屬性，它還建立了一個內(nèi)部數(shù)據(jù)結構來反映狀態(tài)。大型文件（文檔等）存儲在區(qū)塊鏈賬本之外的貯存庫中，而其散列值則能夠作為交易的一部分存放在鏈內(nèi)，這是為了保證文件的完整性。

Hyperledger能夠支持兩種交易：代碼部署交易以及代碼調(diào)用交易。代碼部署交易能夠執(zhí)行一條鏈上代碼的提交、更新或者終止等命令，其驗證節(jié)點必須保護代碼及其執(zhí)行環(huán)境的真實性與完整性。相比之下，代碼調(diào)用交易則是一種用來執(zhí)行鏈E代碼函數(shù)的應用程序界面，其過程類似于運用統(tǒng)--資源標識符來調(diào)用JEE的小型服務程序。值得注意的是，其中每一個鏈上代碼都負責維護自己的狀態(tài)，而且函數(shù)調(diào)用是改變鏈上代碼狀態(tài)的一個常見辦法。

共識管理器是一個抽象概念，它定義了共識算法與其他Hyperledger組件之間的接口。共識管理器接收交易，根據(jù)算法來決定如何組織以及何時執(zhí)行這些交易。交易成功執(zhí)行后就會在賬本上反映變化。

Hyperledger執(zhí)行的是拜占庭協(xié)議，其在容錯與擴展性方面都有強大優(yōu)勢。

Event Hub是一個去中心化網(wǎng)絡，它的屬性很復雜，因為同一事件可能會多次出現(xiàn)，而且每次都會覆蓋到每個對等節(jié)點?；卣{(diào)函數(shù)能夠終止接收同一事件的多次調(diào)用，這樣一來，對等節(jié)點（最好是非驗證的本機節(jié)點）就能夠管理應用程序相關的發(fā)布或訂閱事件了。只要條件滿足，對等節(jié)點就發(fā)動事件，順序不分先后。這些事件不會永遠存在，所以應用程序如果有需要就得及時捕捉。

鏈上代碼（ chaincode ）

鏈上代碼交易是有時間限定的，并且在鏈上代碼裝置過程中是按特定形式裝配的，這和數(shù)據(jù)庫調(diào)用或網(wǎng)站服務調(diào)用類似。如果超過交易時限，那么就按出錯處理，不會給賬本狀態(tài)帶去任何改變。如果調(diào)用的函數(shù)有相同保密范圍限制的話，一個鏈上代碼函數(shù)就能夠調(diào)用另一個鏈上代碼函數(shù)一也就是 說，如果兩個機密鏈上代碼之間，有相同的一組驗證器，那么它們之間就能互相調(diào)用。

新區(qū)塊進行交易時，會維持區(qū)塊鏈上最后區(qū)塊的整體狀態(tài)差量。如果當前區(qū)塊達到共識，那么變量就會提交到數(shù)據(jù)庫，之后整體狀態(tài)的區(qū)塊數(shù)量就會增加1個。如果節(jié)點沒有達到共識，那么差量就會不會算入，數(shù)據(jù)庫也不會進行修改。

應用編程界面

Hyperledger包括了REST、JSON RPC應用程序界面、事件以及連接網(wǎng)絡的應用程序軟件開發(fā)工具包。典型的一點是，應用程序與一個對等節(jié)點進行交互需要通過某種形式來驗證該個體的正當權限，其中客戶的信息是有其身份識別簽名的，而且要經(jīng)過節(jié)點的核實。

Hyperledger有--套命令行界面（CLI）來管理運行網(wǎng)絡。這套命令行界面也可以用于鏈上代碼測試過程中。REST應用程序界面以及軟件開發(fā)工具包（SDK）是建立在JSON-RPC應用程序界面上的，這也是現(xiàn)在最完整的應用程序界面層。軟件開發(fā)工具包則能夠適用于Golang， JavaScript， Java 等語言中，如果有需要，也可以添加其他編程語言。

這一應用程序界面能夠分成以下幾類： ：

· 身份識別——通過登記來獲得或撤銷認證

· 尋址——定位并追蹤交易來源

· 交易一一賬本上的執(zhí)行單元

· 鏈上代碼——在區(qū)塊鏈上運行的程序

· 區(qū)塊鏈——賬本的內(nèi)容

· 網(wǎng)絡——區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的信息

· 存儲庫一一文件或文檔的外部儲存

· 事件一一區(qū)塊鏈上的訂閱或發(fā)行事件

應用模型

網(wǎng)絡技術

有三種潛在配置模型：云服務器托管的單一網(wǎng)絡、云服務器托管的多個網(wǎng)絡，以及參與者托管的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。

云服務器托管的單一網(wǎng)絡是最簡易、最高效的拓撲結構，其中每一位參與者都有一組對等節(jié)點，包括驗證節(jié)點。盡管網(wǎng)絡在云環(huán)境下運行并且托管給物理硬件廠商，參與者還是能夠根據(jù)合約來控制運算資源，從而在中心化環(huán)境中實現(xiàn)去中心化配置。

云服務器托管的多個網(wǎng)絡能夠使參與者通過云供應商管理對等節(jié)點，如果這些節(jié)點能夠在超文本傳輸協(xié)議（Hyper ledgerTTP）下互相連接的話。

參與者托管的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)通過超文本傳輸協(xié)議來使用參與者所有的網(wǎng)絡。

結論

Hyperledger的任務是將區(qū)塊鏈技術引入大眾市場?；仡櫫丝尚械膮^(qū)塊鏈解決方案，也了解了業(yè)界領先者及技術推廣者給出的相關用例后，我們相信區(qū)塊鏈將會成為至關重要的技術模型，推動眾多工業(yè)與企業(yè)進行革新。

我們注意到，業(yè)內(nèi)目前急需-套為企業(yè)打造的區(qū)塊鏈框架，做到既高效，又可擴展，并且能夠為隱私與機密相關的需求提供企業(yè)級的支持。我們也發(fā)現(xiàn)了各種不同的用例，而每一用例可能需要不同的區(qū)塊鏈底層實現(xiàn)。

為了全面發(fā)掘區(qū)塊鏈技術的潛能，并且開創(chuàng)一套能滿足各種使用需求的標準，我們設計了靈活且可延伸的Hyperledger構架。此外，我們還在引導Hyper ledger協(xié)議的默認實現(xiàn)，其中涉及了各種計算機科學學科的先進成果。