Hyperledger Fabric 筆記（二）

本系列文章是以 Blockchain with Hyperledger Fabric, Second Edition 書中的內容為基礎，配合一些實務上遇到的問題所做的筆記。

在區塊鏈系統中，帳本與資料庫的運作雖然看似相似，但兩者間存在一個關鍵的不同點。帳本僅允許交易的添加，不允許修改和移除。正因為如此，我們將寫入區塊鏈的交易視為不可變的。

驗證

所有記錄在帳本上的交易都會經過兩個完整性檢查：

業務對象的更改是有效的：需要確認修改前的狀態與帳本狀態一致。
所有必要的組織都同意變更：需要所有必要的背書節點背書。

所有被寫入區塊中的交易都會被確認，並標記為有效或無效的交易。所有交易都會被記錄在區塊中，但只有有效的交易會影響後續流程。

MVCC（多版本控制）

Hyperledger Fabric 使用 MVCC 機制來確保帳本的一致性並避免雙重花費產生。例如，攻擊者可能透過手段讓同一枚代幣被多次使用，這會造成帳本結果不一致。傳統的中心化系統可能會透過鎖定機制避免同一鍵值被重複修改，但在去中心化的 Fabric 網路中無法做到這一點。

MVCC 是一種用於處理交易的並發執行和隔離的機制。它允許在一個數據庫中同時存在多個版本的數據，並且允許用戶在不干擾其他用戶的情況下執行交易。數據庫在執行交易時會在背景中創建一個新版本的數據，並在交易完成後將該版本提交到數據庫中。當另一個用戶執行交易時，數據庫會再次創建一個新版本的數據，從而同時存在多個數據版本。在讀取數據時，數據庫會選擇最新版本並返回給用戶。這樣，用戶就可以在不干擾其他用戶的情況下安全地讀取數據/執行交易。版本的儲存是透過讀寫集來進行的。

帳本

區塊儲存的是交易資料，物件狀態則儲存在狀態資料庫中。這兩者是應用程式與智能合約主要互動的對象。區塊鏈是帳本的核心組件，即使狀態資料庫被刪除或遺失，我們仍然可以透過區塊鏈的交易資料重新生成物件狀態。但如果區塊鏈遺失，則無法再重新獲取過去的交易歷史。

狀態資料庫（State Database）

狀態資料庫儲存所有物件的狀態，因此是最常被讀取的帳本組件。它被稱為世界狀態（World State）。與比特幣等區塊鏈不同，帳本不必每次都計算過往的交易來獲得現有狀態，而是直接從狀態資料庫讀取。

狀態

狀態的結構是一組鍵值對（key-value pairs），鍵值為物件的名稱（例如：CAR1），而其值則是名稱值對（name-value pairs），記載該物件的詳細資訊（例如：Owner: Sara）。

狀態集合（State Collections）

我們將世界狀態視為帳本的預設集合。此外，也可以創建指定的集合。例如，將車子的品牌、型號等資訊儲存在世界狀態中，而將擁有者、車輛編號等私密資料儲存在另一個集合中。

交易流程

應用程式提交交易：應用程式提交交易到區塊鏈網路中，這裡可以想像應用程式實際上是在說「我希望將 CAR1 的擁有者由 Sara 轉移給 Bob。」應用程式只能完成交易流程中的提交部分。
背書請求：Fabric 確認背書策略（endorsement policy），並將交易發給相應組織的節點上的智能合約。
合約執行：智能合約訪問帳本，透過輸入的值計算輸出結果。合約回傳的內容包含before-image和after-image，但不會對帳本產生更改。
簽名與交易組裝：節點上的合約傳回結果後，每個節點將結果簽名並組裝。交易會被放進塊中，通常節點回傳結果一致，否則會根據大多數相同結果來決定。
共識與寫入區塊鏈：最終的共識發生在第五步，所有交易被放入區塊鏈，但只有有效交易會改變物件狀態。即使節點無權參與交易，也可判斷交易簽章是否合法。

如果交易結果不一致，則會根據endorsement policy做出判斷，如果endorsement policy規定需要所有簽章，則即使大部分相同，該交易依然為無效交易。

智能合約

背書政策（Endorsement Policy）

背書政策是隨著智能合約一起運行的，每個智能合約都有特定的背書政策。這是 Hyperledger Fabric 與比特幣或以太坊區塊鏈的不同之處。雖然背書政策與智能合約綁定，但兩者可以分開處理。例如，當有新的組織加入網絡時，可以單獨更改背書政策，而無需更新智能合約。

背書政策可以設為以下幾種形式：

AND('ORG1.Member', 'ORG2.Member')
OR('ORG1.Member', 'ORG2.Member', 'ORG3.Member')
OUTOF(2, 'ORG1.Member', 'ORG2.Member', 'ORG3.Member')

儘管背書政策是對所有組織公開的，但合約本身則不是，這確保了合約內部的業務邏輯對所有組織保持隱藏。

基於狀態的背書（State-based Endorsement）

背書政策甚至可以針對單獨物件進行設定。舉例來說，如圖所示，CAR1 如果要更新狀態，則必須由 Sara 簽章。如果 CAR1 被轉移給了 Bob，背書政策也需要相應地修改。

驗證