Hyperledger Fabric 消息协议

Fabric 中大量采用了 gRPC 消息在不同组件之间进行通信交互,主要包括如下几种情况:客户端访问 Peer 节点,客户端和 Peer 节点访问排序节点,链码容器与 Peer 节点交互,以及多个 Peer 节点之间的 Gossip 交互。

消息结构

除了 Peer 节点之间的 Gossip 通信外,大多都采用了信封(Envelope)结构来对消息进行封装.

普通信封结构并不复杂,包括一个载荷(Payload)域存放数据,以及对载荷域中内容进行签名的签名(Signature)域。载荷域中又包括头部(Header)域记录类型、版本、签名者信息等元数据,以及数据(Data)域,记录消息内容。

头部域是一个通用的结构。包括两种头部:通道头(ChannelHeader)和签名头(Signature-Header)。通道头中记录了如下与通道和交易相关的很多信息。

●Type:int32 类型,代表了结构体(如 Envelope)的类型。结构体消息根据类型不同,其 Payload 可以解码为不同的结构。类型可以为 MESSAGE、CONFIG、CONFIG_UPDATE、ENDORSER_TRANSACTION、ORDERER_TRANSACTION、DELIVER_SEEK_INFO、CHAINCODE_PACKAGE、PEER_ADMIN_OPERATION 等。

●Version:int32 类型,版本号记录了消息协议的版本,一般为 0。

●Timestamp:*google_protobuf.Timestamp 类型,消息创建的时间。

●ChannelID:string 类型,消息所关联的通道 ID。

●TxID:string 类型,交易的 ID,由交易发起者创建。

●Epoch:uint64 类型,所属的世代,目前指定为所属区块的高度。

●Extension:[] byte 类型,扩展域。

●TlsCertHash:[] byte 类型。如果启用了双向 TLS 认证,则此处为客户端 TLS 证书的 Hash 值。

签名头中主要记录签名者的身份信息。


客户端访问 Peer 节点

客户端通过 SDK 和 Endorser Peer 进行交互,执行链码相关操作(安装、实例化、升级链码以及调用),加入、列出应用通道和监听事件操作等。

除监听事件外,大部分消息都采用了 SignedProposal 结构(定义在 fabric-protos-go 项目的 peer/chaincode.pb.go 文件),消息中 ChannelHeader.Type 为 ENDORSER_TRANSACTION 或 CONFIG,发往的 gRPC 服务地址为 /protos.Endorser/ProcessProposal。监听事件则通过 DeliverClient 接口类型来实现,包括 Deliver、DeliverFiltered、DeliverWithPrivateData 三种方法。

SignedProposal 消息结构中包括 Proposal 和对其的签名。Proposal 消息结构中同样包括 Header 域、Payload 域,以及扩展域。其中,Payload 域和扩展域如何解码都取决于 Channel-Header 中的 Type 指定的类型。


客户端、Peer 节点访问 Orderer

客户端通过 SDK 和 Orderer 进行交互,执行链码实例化、调用和升级,应用通道创建和更新,以及区块结构获取等操作。Peer 节点可以直接向 Orderer 请求获取区块结构。两者采用了同样的获取接口。

请求消息都采用了 Envelope 结构,并且都发往 /orderer.AtomicBroadcast/Broadcast gRPC 服务地址。从 Orderer 获取信息时,则发往 /orderer.AtomicBroadcast/Deliver gRPC 服务地址。


链码和 Peer 节点交互

对于原生链码,在链码容器启动后,会向 Peer 节点进行注册,gRPC 地址为 /protos.ChaincodeSupport/Register。对于外部链码,在其启动后,Peer 节点会主动发起连接请求,gRPC 地址为 /protos.Chaincode/Connect。

链码和 Peer 之间的交互消息为 ChaincodeMessage 结构其中,Payload 域中可以包括各种 Chaincode 操作消息,如 GetHistoryForKey、GetQueryResult、PutStateInfo、GetStateByRange 等。

注册完成后,双方建立起双工通道,通过更多消息类型实现多种交互.


Peer 节点之间 Gossip 交互

Peer 之间可以通过 Gossip 协议来完成邻居探测、Leader 选举、区块分发、私密数据同步等过程,主要原理为通过 GossipClient 客户端的 GossipStream 双向流进行通信,发送 Signed-GossipMessage 消息结构,gRPC 服务地址主要为 /gossip.Gossip/GossipStream。

此外,Peer 可通过单独的 Ping 服务对远端节点在线状态进行探测,gRPC 服务地址为 /gossip.Gossip/Ping。

Gossip 交互过程

总结 Gossip 交互过程如图 14-16 所示。利用不同的消息体,完成 Peer 之间的信息同步。


Gossip 消息结构

Gossip 采用签名信封结构(SignedGossipMessage)用来封装 Gossip 消息(GossipMessage)和对应的信封结构(Envelope)。


Gossip 消息标签

GossipMessage 为核心的数据结构。其可能的标签值(GossipMessage_Tag)如下所示,这些标签默认带有 GossipMessage 前缀。

●UNDEFINED:标签未定义,当标签为空时返回该值。

●EMPTY:空标签,用于建立连接、心跳、请求和响应成员消息。

●ORG_ONLY:仅限组织内消息,如私密数据。

●CHAN_ONLY:仅限通道内消息。

●CHAN_AND_ORG:限通道内同一组织内,如获取区块数据。

●CHAN_OR_ORG:限通道内或限组织内,如状态信息。


Gossip 消息内容结构

GossipMessage 通过消息内容类型来应用到不同场景。合法的消息内容结构(isGossipMessage_Content)下面详细介绍,这些结构默认带有 GossipMessage 前缀。

(1)成员消息适用于邻居发现场景,定期维护存活的邻居信息,不局限在通道内,主要由 gossip/discovery 模块实现。

(2)拉取消息

适用于从远程节点拉取身份或区块数据,主要数据结构为:gossip/gossip/pull/pullstore.go#Mediator 和 gossip/gossip/algo/pull.go#PullEngine。包括如下两种消息类型:

●PullMsgType_IDENTITY_MSG,获取对方的身份信息,消息标签为 EMPTY,不局限在通道内。

●PullMsgType_BLOCK_MSG,获取区块数据。消息标签为 CHAN_AND_ORG,局限在通道内的同一组织内。

(3)数据消息

适用于从远程节点同步区块或私密数据。

(4)状态消息

适用于与远程节点同步账本状态。

(5)其他消息

其他消息包括连接消息、选举 Leader 消息和空消息。

grpcgo

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