區塊鏈：搭建簡單Fabric網絡并調用智能合約

????????使用docker服務搭建Hyperledger/fabric網絡的詳細教程，實現構建多節點的簡單聯盟鏈，并編寫、調用智能合約實現投票業務。

目錄

背景知識

?Hyperledger Fabric

?基本組件

交易(Transaction)

智能合約

實驗目的

實驗環境

基礎依賴

?安裝Golang

安裝docker

安裝基礎依賴包

以?root?戶的身份運?Docker

安裝docker-compose

搭建fabric環境

搭建測試網絡（可選）

chaincode 編寫

代碼下載

代碼投票

命令行投票

鏈碼部署 (deployCC)

環境變量設置

調用交易(invoke)

查詢投票(query)

背景知識

????????區塊鏈是一種分布式賬本技術，通過密碼學方法將數據區塊按時間順序連接形成鏈式結構。它具有去中心化、不可篡改、可追溯等特點。

  • 公有鏈：完全開放，任何人可參與（如比特幣、以太坊）

  • 聯盟鏈：需授權訪問，由多個組織共同維護（如Hyperledger Fabric）

  • 私有鏈：單一組織完全控制

?Hyperledger Fabric

????????Hyperledger Fabric是Linux下的開源企業級區塊鏈平臺，專為商業應用設計，為聯盟鏈。將Blockchain的數據維護和共識服務進行分離，Orderer節點提供共識服務，實現多通道（channel）的結構。

????????特點：多chain和多channel；所謂的chain（鏈）實際上是包含Peer節點、賬本、ordering通道的邏輯結構，它將參與者與數據（包含chaincode在）進行隔離，一個peer節點也可以參與到多個chain中（通過接入多個channel）。

?基本組件

組件作用
Peer節點維護賬本，執行鏈碼
Ordering節點排序交易，生成區塊
CA（認證中心）頒發數字證書，身份認證
Channel（通道）數據隔離機制，ordering提供給peer的虛擬鏈路，保密性

交易(Transaction)

  • 應用程序通過SDK發送請求道Peer節點（一個或多個）

  • peer節點分別執行交易（通過chaincode），但是并不將執行結果提交到本地的賬本中（可以認為是模擬執行，交易處于掛起狀態），參與背書的peer將執行結果返回給應用程序（其中包括自身對背書結果的簽名）

  • 應用程序收集背書結果并將結果提交給Ordering服務節點

  • Ordering服務節點執行共識過程并生成block，通過消息通道發布給Peer節點，由peer節點各自驗證交易并提交到本地的賬本(ledger)中，包括狀態(state)的變化，本地的賬本稱為PeerLedger

智能合約

? ? ? ? 即Fabric中的Chaincode，編寫Chaincode程序實際上就是要編寫一個類，并且這個類要實現fabric預先定義的一個接口，在Fabric中，Chaincode的運行是生成Transaction的唯一來源，也因此Chaincode是外界與Fabric區塊鏈交互的唯一渠道。???????

實驗目的

????????在fabric1.4的架構下，使用docker的容器服務搭建一個具有5個節點的簡單聯盟鏈，了解基本的共識，出塊，部署、調用智能合約（chaincode）的功能。本實驗共有兩個任務：

  1. 搭建一個fabric1.4的基礎區塊鏈網絡
  2. 在fabric的架構下如何去編寫、調用智能合約(chaincode)，根據簡單的業務需求（投票）來設計、實現chaincode。

實驗環境

  • Ubuntu20.04（版本非必須）的VMware虛擬機
  • curl
  • Docker ?18.09.6-ce和?Docker Compose 1.24.0，支持更高版本
  • Go programming language go1.12.5 (fabric1.4要求go版本為1.11.x或更高，Fabric1.0要求1.7.x或更高)，在系統變量中設置相應的$GOPATH和$GOROOT變量
  • Fabric 1.4的可執行文件

基礎依賴

# 安裝curl
sudo apt install curl
# 為了curl能夠?持https協議，安裝openssl
sudo apt install openssl libssl-dev
# 安裝git
sudo apt install git
# 安裝cmake
sudo apt install cmake
# 安裝jq
sudo apt install jq
# 安裝libtool
sudo apt install libtool libltdl-dev

檢查安裝是否成功：

?安裝Golang

后續區塊鏈智能合約用golang編寫；

直接下載地址：https://golang.google.cn/dl/

# 下載官?的linux x86-64 Archive
wget https://golang.google.cn/dl/go1.19.3.linux-amd64.tar.gz --no-check certificate
# 解壓
sudo tar -xzf go1.19.3.linux-amd64.tar.gz -C /usr/local
# 主?錄下建?goDir?件夾，做為GOPATH路徑
mkdir ~/goDir

下載后改配置文件添加路徑，這里將seed改為自己用戶名即可，編輯.zshrc：

# 在zsh配置?件中添加系統PATH
vim ~/.zshrc
export GOPATH=/home/seed/goDir
export GOROOT=/usr/local/go
export PATH=$PATH:$GOPATH/bin
export PATH=$PATH:$GOROOT/bin
# 刷新配置?件
source ~/.zshrc

?讓root也能執?go命令，改.zshrc或者?/root/.bashrc：

# 讓root也能執?go命令（如果root沒有安裝zsh，則修改 /root/.bashrc)
sudo su
vim ~/.zshrc
export GOPATH=/home/seed/goDir
export GOROOT=/usr/local/go
export PATH=$PATH:$GOPATH/bin
export PATH=$PATH:$GOROOT/bin

檢查：

安裝docker

安裝基礎依賴包

apt-transport-https允許 apt 包管理器通過 HTTPS 協議與軟件源通信；

ca-certificates提供權威機構頒發的根證書，防止中間人攻擊；

gnupg-agent用于管理和緩存 GPG(GNU Privacy Guard)密鑰(對軟件包進行數字簽名和驗證)：

sudo apt install apt-transport-https ca-certificates curl gnupg-agent software-properties-common

從 Docker 官網下載其公鑰，驗證軟件包的簽名，并將其添加到系統的可信密鑰列表中：

curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

添加 Docker 的官方 APT 軟件源，add-apt-repository將一個新的軟件源添加到系統中，deb?表示這是一個二進制軟件包的倉庫地址：

sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"

若拉取鏡像失敗則換源，阿里云上很多，多加一些，多試幾次：

更新本地軟件包緩存，安裝 Docker 引擎等組件：

sudo apt update 
sudo apt install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

以?root?戶的身份運?Docker

# 如果出現Cannot connect to the Docker daemon. Is the docker daemon running on this host?
# 解決辦法1
sudo chown seed:docker /var/run/docker.sock 
# seed改成??的?戶名# 解決辦法2
# 創建?個名為docker的組
sudo groupadd docker
# 將你的?戶添加到docker組
sudo usermod –aG docker $USER
# 重啟

檢查是否安裝成功，看docker版本：

安裝docker-compose

運行下列環境安裝docker-compose，如下載失敗，可前往http://get.daocloud.io/#install-compose

sudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/download/1.25.5/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" -o /usr/local/bin/docker-compose#給相應的二進制文件可執行權限：
sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose#之后在命令行輸入
docker-compose version

檢查版本：

重新啟動并檢查狀態是active：

搭建fabric環境

從 GitHub 上克隆 Hyperledger Fabric 的官方樣本倉庫；

./install-fabric.sh docker再次執行安裝腳本，并指定b(binary) 作為參數，這個操作會下載與所拉取鏡像版本匹配的 Fabric 二進制工具文件到當前目錄的bin文件夾下；

mkdir ~/blockchain
cd blockchain
# github克隆fabric-samples
git clone https://github.com/hyperledger/fabric-samples
cd fabric-samples
# 下載安裝腳本并構建docker
wget https://raw.githubusercontent.com/hyperledger/fabric/main/scripts/install-fabric.sh --no-check-certificate
chmod +x install-fabric.sh
./install-fabric.sh docker
./install-fabric.sh b

并運行其中連通性測試腳本：

# 啟動網絡
cd test-network
./network.sh up#或者同時創建通道、指定狀態數據庫
./test-network/network.sh up createChannel -ca -c mychannel -s couchdb# 查看是否創建成功
docker ps# 關閉docker
./network.sh down

返回如下算成功：

? ? ? ?可選：若返回的版本信息不匹配，即出現如下行，fabric-samples/bin默認下載舊的 v2.5.4 版本二進制文件，install-fabric.sh使用新的 v3.0.0 版本的 Docker 鏡像，版本不匹配也能聯通，但后續可能有問題，可以升級本地二進制文件以匹配 Docker 鏡像 (v3.0.0)

LOCAL_VERSION=v2.5.4
DOCKER_IMAGE_VERSION=v3.0.0
Local fabric binaries and docker images are out of sync. This may cause problems.
# 確保你在 fabric-samples 目錄下
cd ~/blockchain/fabric-samples#  使用安裝腳本，指定版本，重新下載二進制文件
# 這將覆蓋 bin 目錄下的舊版工具
./install-fabric.sh --fabric-version 3.0.0 binary# 清理之前的網絡（如果正在運行）
./test-network/network.sh down#重新運行你的命令
./test-network/network.sh up createChannel -ca -c mychannel -s couchdb

搭建測試網絡（可選）

參考鏈接:?https://hyperledger-fabric.readthedocs.io/en/release-1.4/build_network.html

????????現在已經克隆 Hyperledger Fabric 的官方樣本倉庫，在執行前面的腳本后，會發現目錄下多了fabric-samples，包含了鏈碼示例、應用程序示例、以及部署腳本，現在將使用first-network這個例子。

cd $GOPATH/src/github.com/hyperledger/fabric/scripts/fabric-samples/first-network

????????官方提供一個完全注釋的腳本byfn.sh，利用這些Docker鏡像可以快速引導一個由4個代表2個不同組織的peer節點以及一個排序服務節點的Hyperledger fabric網絡。它還將啟動一個容器來運行一個將peer節點加入channel、部署實例化鏈碼服務以及驅動已經部署的鏈碼執行交易的腳本。

sudo ./byfn.sh

chaincode 編寫

????????使用Go語言編寫一個用于投票的chaincode，并完成其功能性測試（如投票，統計，查詢等）。可以選擇多種測試手段，如編寫chaincode的測試代碼，或者是在dev模式下，使用命令行測試。

golang教程：Go 語言之旅

代碼下載

可以從github下載課程相關代碼，完整代碼見倉庫：https://github.com/yy158775/blockchain-exp

cd ~/blockchain
git clone https://github.com/yy158775/blockchain-exp
cd blockchain-exp/vote-smartcontract
go mod tidy
# 修改main.go
cd ~/blockchain/blockchain-exp/vote-app
gedit main.go
# 將其中的cryptoPath改為如下路徑（之前的?件夾相對位置需要與 實驗環境搭建 部分所寫?致）
# cryptoPath = "../../fabric-samples/test-network/organizations/peerOrganizations/org1.example.com"
# certPath = cryptoPath +"/users/User1@org1.example.com/msp/signcerts/User1@org1.example.com-cert.pem"
# 下載依賴
go mod tidy
# 開啟network
cd ~/blockchain/fabric-samples/test-network
./network.sh down
./network.sh up
# 創建channel
./network.sh createChannel
# 運?
./network.sh deployCC -ccn basic -ccp ../../blockchain-exp/votesmartcontract -ccl go

代碼投票

修改main.go的cryptoPath和chaincodeName，通過應用程序調用智能合約：

# 運?客戶端
cd ~/blockchain/blockchain-exp/vote-app
go mod tidy
go run main.go

根據菜單就能直接投票了：

命令行投票

鏈碼部署 (deployCC)

-ccn: 指定Chaincode名為vote

-ccp指定Chaincode源代碼的路徑

./network.sh deployCC -ccl go -ccp ./HUST-blockchain-exp/vote-smartcontract/ -ccn vote

環境變量設置

????????在執行鏈碼調用invoke/query命令前，必須設置這些環境變量，以指定要操作哪個 Peer 節點和使用哪個身份。

# 設置核心配置路徑（假設當前在 test-network 目錄）
export FABRIC_CFG_PATH=$PWD/../config/# 啟用 TLS 通信
export CORE_PEER_TLS_ENABLED=true# 設置要操作的組織 MSP ID
export CORE_PEER_LOCALMSPID="Org1MSP"# 設置該組織的 TLS 根證書路徑（用于驗證通信）
export CORE_PEER_TLS_ROOTCERT_FILE=$PWD/organizations/peerOrganizations/org1.example.com/peers/peer0.org1.example.com/tls/ca.crt# 設置管理員用戶的 MSP 路徑（身份文件）
export CORE_PEER_MSPCONFIGPATH=$PWD/organizations/peerOrganizations/org1.example.com/users/Admin@org1.example.com/msp# 設置要連接的 Peer 節點地址
export CORE_PEER_ADDRESS=localhost:7051

切換到 Org2 時，需要重新設置以下變量：

export CORE_PEER_LOCALMSPID="Org2MSP"
export CORE_PEER_TLS_ROOTCERT_FILE=$PWD/organizations/peerOrganizations/org2.example.com/peers/peer0.org2.example.com/tls/ca.crt
export CORE_PEER_MSPCONFIGPATH=$PWD/organizations/peerOrganizations/org2.example.com/users/Admin@org2.example.com/msp
export CORE_PEER_ADDRESS=localhost:9051

調用交易(invoke)

調用鏈碼的VoteUser?函數，這是一個會修改賬本狀態的交易（Transaction）。

peer chaincode invoke \-o localhost:7050 \ # Orderer 地址--ordererTLSHostnameOverride orderer.example.com \--tls \--cafile "$PWD/organizations/ordererOrganizations/example.com/orderers/orderer.example.com/msp/tlscacerts/tlsca.example.com-cert.pem" \ # Orderer TLS CA-C mychannel \ # 通道名稱-n vote \ # 鏈碼名稱--peerAddresses localhost:7051 \ # 需要背書的 Peer 地址 (Org1)--tlsRootCertFiles "$PWD/organizations/peerOrganizations/org1.example.com/peers/peer0.org1.example.com/tls/ca.crt" \--peerAddresses localhost:9051 \ # 需要背書的 Peer 地址 (Org2)--tlsRootCertFiles "$PWD/organizations/peerOrganizations/org2.example.com/peers/peer0.org2.example.com/tls/ca.crt" \-c '{"function":"VoteUser","Args":["username"]}' # 調用方法和參數

查詢投票(query)

????????查詢單個用戶票數：Chaincode的?GetUserVote函數，這是一個僅查詢賬本狀態而不產生交易的查詢（Query）：

peer chaincode query -C mychannel -n vote -c '{"Args":["GetUserVote", "usernane1"]}'
("id":2, "usernane":"usernane","votes":1)

????????查詢所有投票：Chaincode的GetAllVotes函數：

peer chaincode query -C mychannel -n vote -c '{"Args":["GetAllVotes"]}'
[{"id":0,"username":"Alice","votes":2},{"id":1,"username":"Mike","votes":1},{"id":2,"username":"usernane1","votes":1}]

恭喜成功！下一篇挖礦！

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