Hyperledger Fabric數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

概述

Hyperledger Fabric支持多鏈。每個(gè)鏈對(duì)應(yīng)一套賬本。所以區(qū)塊鏈每個(gè)peer節(jié)點(diǎn)會(huì)維護(hù)多套賬本。每個(gè)超級(jí)賬本包含以下元素：

• 賬本編號(hào)：快速查詢存在哪些賬本
• 賬本數(shù)據(jù)：實(shí)際的區(qū)塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
• 區(qū)塊索引：快速查詢區(qū)塊／交易
• 狀態(tài)數(shù)據(jù)：最新的世界狀態(tài)數(shù)據(jù)
• 歷史數(shù)據(jù)：跟蹤鍵的歷史

每個(gè)peer節(jié)點(diǎn)會(huì)維護(hù)4個(gè)DB，它們分別是：

• idStore，存儲(chǔ)chainID。用戶快速查詢節(jié)點(diǎn)存在哪些賬本
• stateDB，存儲(chǔ)world state(默認(rèn)為L(zhǎng)evelDB，可替換為CouchDB)
• historyDB，存儲(chǔ)stateDB的key的版本變化
• blockIndex，存儲(chǔ)區(qū)塊文件索引

如下圖：（因只展示了單鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)情況，故idStore未在圖中展示）

fabric db.png

其中，世界狀態(tài)和賬本數(shù)據(jù)是兩個(gè)賬本最重要的組成部分。

ledger.png

賬本編號(hào)（LedgerId）

賬本編號(hào)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在LevelDB數(shù)據(jù)庫(kù)中，只是記錄了有哪些賬本，創(chuàng)建新的賬本會(huì)檢查是否有相同的賬本編號(hào)存在，保證了全局唯一性。賬本編號(hào)庫(kù)并不存儲(chǔ)與區(qū)塊相關(guān)的數(shù)據(jù)。

賬本數(shù)據(jù)（Ledger）

賬本數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制文件的形式存儲(chǔ)的，每個(gè)賬本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的目錄下。賬本數(shù)據(jù)的所有操作都是通過(guò)區(qū)塊文件管理器（blockfileMgr）實(shí)現(xiàn)的。區(qū)塊文件管理器創(chuàng)建的文件以“blockfile_”為前綴，6位數(shù)字為后綴，后綴必須是從小到大連續(xù)的數(shù)字，中間不能有缺失。默認(rèn)的區(qū)塊文件大小上限是64M（目前這個(gè)大小是硬編碼在代碼中的），一個(gè)賬本能保存最大數(shù)據(jù)量大概是61TB。
下圖是區(qū)塊賬本數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)：

ledgerdata.png

• 信息描述：B代表區(qū)塊鏈賬本數(shù)據(jù)。其中B0為創(chuàng)世區(qū)塊，其中包含了區(qū)塊頭H0，區(qū)塊數(shù)據(jù)D0（因?yàn)槭莿?chuàng)世區(qū)塊，區(qū)塊數(shù)據(jù)里不包含交易數(shù)據(jù)），區(qū)塊元數(shù)據(jù)M0。區(qū)塊B1區(qū)塊頭H1，其中包含了前一個(gè)區(qū)塊B0的加密hash和本身區(qū)塊的加密hash。

區(qū)塊（Block）

block.png

每個(gè)區(qū)塊包含三個(gè)部分。

區(qū)塊頭（Block Header）

區(qū)塊數(shù)（Block Number）：一個(gè)從0（創(chuàng)世區(qū)塊）開始的整數(shù)，并且對(duì)于附加到區(qū)塊鏈的每個(gè)新塊增加1。
當(dāng)前區(qū)塊hash（Current Block Hash）：當(dāng)前區(qū)塊中包含的所有交易的hash。
前一區(qū)塊hash（Previous Block Hash）：前一個(gè)區(qū)塊的hash。

區(qū)塊數(shù)據(jù)（Block Data）

區(qū)塊數(shù)據(jù)包含了一組交易，交易在區(qū)塊創(chuàng)建時(shí)寫入。

區(qū)塊元數(shù)據(jù)（Block Matadata）

元數(shù)據(jù)包含了區(qū)塊創(chuàng)建時(shí)間，寫入程序的證書，公鑰和簽名。

交易（transaction）

transaction.png

交易頭（Header）

交易頭中包含了一些重要的交易元數(shù)據(jù)，例如鏈碼的名稱、版本。

簽名（Signature）

包含由application創(chuàng)建的加密簽名。它是由application的私鑰生成的。用于檢查交易有沒(méi)有被篡改。

交易提案（Proposal）

包含了由application生成的交易請(qǐng)求參數(shù)。

交易提案返回（Response）

包含了由背書節(jié)點(diǎn)返回的模擬執(zhí)行結(jié)果（讀寫集RWset）。這是鏈碼的輸出，如果交易驗(yàn)證通過(guò)，這些數(shù)據(jù)會(huì)被用于更新世界狀態(tài)。

背書（Endorsements）

包含了交易的背書。一個(gè)返回對(duì)應(yīng)多個(gè)背書。

區(qū)塊索引（Block Index）

Hyperledger Fabric提供了多種區(qū)塊索引的方式，以便能快速找到區(qū)塊。索引的內(nèi)容是文件位置指針（File Location Pointer）。文件位置指針由三個(gè)部分組成：所在文件的編號(hào)（fileSuffixNum）、文件內(nèi)的偏移量（offset）、區(qū)塊占用的字節(jié)數(shù)（bytesLength）。

狀態(tài)數(shù)據(jù)（State Database）

狀態(tài)數(shù)據(jù)（state database）記錄的是交易執(zhí)行的結(jié)果，最新的狀態(tài)代表了通道（channel）上所有鍵的最新值，所以又稱為“世界狀態(tài)”。狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)目前支持LevelDB和CouchDB。

• LevelDB（默認(rèn)的KV數(shù)據(jù)庫(kù)）：支持鍵的查詢，組合鍵的查詢、范圍鍵的查詢。
• CouchDB（可選的KV數(shù)據(jù)庫(kù)）：支持鍵的查詢、組合件的查詢，還有復(fù)雜的查詢。

不同賬本的狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)存放在不同的目錄下，不同鏈碼的數(shù)據(jù)是按鏈碼編號(hào)（chaincodeID）作為命名空間來(lái)劃分?jǐn)?shù)據(jù)。

狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本操作是基于鍵值對(duì)的管理。讀取狀態(tài)數(shù)據(jù)的時(shí)候不用指定版本，讀取到的狀態(tài)數(shù)據(jù)是某個(gè)時(shí)刻最新的版本，返回的數(shù)據(jù)包含版本和數(shù)據(jù)兩個(gè)部分。

worldStatus.png

• 信息描述：狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)W包含兩條數(shù)據(jù)。第一條，key=CAR1，value=Audi，版本=0.第二條，key=CAR2，value為一條復(fù)雜json表達(dá)式，版本也是0.

上述圖片描述了世界狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。當(dāng)發(fā)生交易后，改變數(shù)據(jù)內(nèi)容，并變更版本號(hào)。

歷史數(shù)據(jù)（History Database）

歷史數(shù)據(jù)記錄了每個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)的歷史信息，歷史信息是保存在LevelDB數(shù)據(jù)庫(kù)中的。