区块链：搭建简单Fabric网络并调用智能合约

        使用docker服务搭建Hyperledger/fabric网络的详细教程，实现构建多节点的简单联盟链，并编写、调用智能合约实现投票业务。

目录

背景知识

 Hyperledger Fabric

 基本组件

交易(Transaction)

智能合约

实验目的

实验环境

基础依赖

 安装Golang

安装docker

安装基础依赖包

以⾮root⽤户的身份运⾏Docker

安装docker-compose

搭建fabric环境

搭建测试网络（可选）

chaincode 编写

代码下载

代码投票

命令行投票

链码部署 (deployCC)

环境变量设置

调用交易(invoke)

查询投票(query)

背景知识

        区块链是一种分布式账本技术，通过密码学方法将数据区块按时间顺序连接形成链式结构。它具有去中心化、不可篡改、可追溯等特点。

  • 公有链：完全开放，任何人可参与（如比特币、以太坊）

  • 联盟链：需授权访问，由多个组织共同维护（如Hyperledger Fabric）

  • 私有链：单一组织完全控制

 Hyperledger Fabric

        Hyperledger Fabric是Linux下的开源企业级区块链平台，专为商业应用设计，为联盟链。将Blockchain的数据维护和共识服务进行分离，Orderer节点提供共识服务，实现多通道（channel）的结构。

        特点：多chain和多channel；所谓的chain（链）实际上是包含Peer节点、账本、ordering通道的逻辑结构，它将参与者与数据（包含chaincode在）进行隔离，一个peer节点也可以参与到多个chain中（通过接入多个channel）。

 基本组件

组件作用
Peer节点维护账本，执行链码
Ordering节点排序交易，生成区块
CA（认证中心）颁发数字证书，身份认证
Channel（通道）数据隔离机制，ordering提供给peer的虚拟链路，保密性

交易(Transaction)

  • 应用程序通过SDK发送请求道Peer节点（一个或多个）

  • peer节点分别执行交易（通过chaincode），但是并不将执行结果提交到本地的账本中（可以认为是模拟执行，交易处于挂起状态），参与背书的peer将执行结果返回给应用程序（其中包括自身对背书结果的签名）

  • 应用程序收集背书结果并将结果提交给Ordering服务节点

  • Ordering服务节点执行共识过程并生成block，通过消息通道发布给Peer节点，由peer节点各自验证交易并提交到本地的账本(ledger)中，包括状态(state)的变化，本地的账本称为PeerLedger

智能合约

        即Fabric中的Chaincode，编写Chaincode程序实际上就是要编写一个类，并且这个类要实现fabric预先定义的一个接口，在Fabric中，Chaincode的运行是生成Transaction的唯一来源，也因此Chaincode是外界与Fabric区块链交互的唯一渠道。       

实验目的

        在fabric1.4的架构下，使用docker的容器服务搭建一个具有5个节点的简单联盟链，了解基本的共识，出块，部署、调用智能合约（chaincode）的功能。本实验共有两个任务：

  1. 搭建一个fabric1.4的基础区块链网络
  2. 在fabric的架构下如何去编写、调用智能合约(chaincode)，根据简单的业务需求（投票）来设计、实现chaincode。

实验环境

  • Ubuntu20.04（版本非必须）的VMware虚拟机
  • 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版本为1.11.x或更高，Fabric1.0要求1.7.x或更高)，在系统变量中设置相应的$GOPATH和$GOROOT变量
  • Fabric 1.4的可执行文件

基础依赖

# 安装curl
sudo apt install curl
# 为了curl能够⽀持https协议，安装openssl
sudo apt install openssl libssl-dev
# 安装git
sudo apt install git
# 安装cmake
sudo apt install cmake
# 安装jq
sudo apt install jq
# 安装libtool
sudo apt install libtool libltdl-dev

检查安装是否成功：

 安装Golang

后续区块链智能合约用golang编写；

直接下载地址：https://golang.google.cn/dl/

# 下载官⽹的linux x86-64 Archive
wget https://golang.google.cn/dl/go1.19.3.linux-amd64.tar.gz --no-check certificate
# 解压
sudo tar -xzf go1.19.3.linux-amd64.tar.gz -C /usr/local
# 主⽬录下建⽴goDir⽂件夹，做为GOPATH路径
mkdir ~/goDir

下载后改配置文件添加路径，这里将seed改为自己用户名即可，编辑.zshrc：

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

 让root也能执⾏go命令，改.zshrc或者 /root/.bashrc：

# 让root也能执⾏go命令（如果root没有安装zsh，则修改 /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

检查：

安装docker

安装基础依赖包

apt-transport-https允许 apt 包管理器通过 HTTPS 协议与软件源通信；

ca-certificates提供权威机构颁发的根证书，防止中间人攻击；

gnupg-agent用于管理和缓存 GPG(GNU Privacy Guard)密钥(对软件包进行数字签名和验证)：

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

从 Docker 官网下载其公钥，验证软件包的签名，并将其添加到系统的可信密钥列表中：

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

添加 Docker 的官方 APT 软件源，add-apt-repository将一个新的软件源添加到系统中，deb 表示这是一个二进制软件包的仓库地址：

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

若拉取镜像失败则换源，阿里云上很多，多加一些，多试几次：

更新本地软件包缓存，安装 Docker 引擎等组件：

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

以⾮root⽤户的身份运⾏Docker

# 如果出现Cannot connect to the Docker daemon. Is the docker daemon running on this host?
# 解决办法1
sudo chown seed:docker /var/run/docker.sock 
# seed改成⾃⼰的⽤户名# 解决办法2
# 创建⼀个名为docker的组
sudo groupadd docker
# 将你的⽤户添加到docker组
sudo usermod –aG docker $USER
# 重启

检查是否安装成功，看docker版本：

安装docker-compose

运行下列环境安装docker-compose，如下载失败，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#给相应的二进制文件可执行权限：
sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose#之后在命令行输入
docker-compose version

检查版本：

重新启动并检查状态是active：

搭建fabric环境

从 GitHub 上克隆 Hyperledger Fabric 的官方样本仓库；

./install-fabric.sh docker再次执行安装脚本，并指定b(binary) 作为参数，这个操作会下载与所拉取镜像版本匹配的 Fabric 二进制工具文件到当前目录的bin文件夹下；

mkdir ~/blockchain
cd blockchain
# github克隆fabric-samples
git clone https://github.com/hyperledger/fabric-samples
cd fabric-samples
# 下载安装脚本并构建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

并运行其中连通性测试脚本：

# 启动网络
cd test-network
./network.sh up#或者同时创建通道、指定状态数据库
./test-network/network.sh up createChannel -ca -c mychannel -s couchdb# 查看是否创建成功
docker ps# 关闭docker
./network.sh down

返回如下算成功：

       可选：若返回的版本信息不匹配，即出现如下行，fabric-samples/bin默认下载旧的 v2.5.4 版本二进制文件，install-fabric.sh使用新的 v3.0.0 版本的 Docker 镜像，版本不匹配也能联通，但后续可能有问题，可以升级本地二进制文件以匹配 Docker 镜像 (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.
# 确保你在 fabric-samples 目录下
cd ~/blockchain/fabric-samples#  使用安装脚本，指定版本，重新下载二进制文件
# 这将覆盖 bin 目录下的旧版工具
./install-fabric.sh --fabric-version 3.0.0 binary# 清理之前的网络（如果正在运行）
./test-network/network.sh down#重新运行你的命令
./test-network/network.sh up createChannel -ca -c mychannel -s couchdb

搭建测试网络（可选）

参考链接: https://hyperledger-fabric.readthedocs.io/en/release-1.4/build_network.html

        现在已经克隆 Hyperledger Fabric 的官方样本仓库，在执行前面的脚本后，会发现目录下多了fabric-samples，包含了链码示例、应用程序示例、以及部署脚本，现在将使用first-network这个例子。

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

        官方提供一个完全注释的脚本byfn.sh，利用这些Docker镜像可以快速引导一个由4个代表2个不同组织的peer节点以及一个排序服务节点的Hyperledger fabric网络。它还将启动一个容器来运行一个将peer节点加入channel、部署实例化链码服务以及驱动已经部署的链码执行交易的脚本。

sudo ./byfn.sh

chaincode 编写

        使用Go语言编写一个用于投票的chaincode，并完成其功能性测试（如投票，统计，查询等）。可以选择多种测试手段，如编写chaincode的测试代码，或者是在dev模式下，使用命令行测试。

golang教程：Go 语言之旅

代码下载

可以从github下载课程相关代码，完整代码见仓库：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
# 将其中的cryptoPath改为如下路径（之前的⽂件夹相对位置需要与 实验环境搭建 部分所写⼀致）
# 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"
# 下载依赖
go mod tidy
# 开启network
cd ~/blockchain/fabric-samples/test-network
./network.sh down
./network.sh up
# 创建channel
./network.sh createChannel
# 运⾏
./network.sh deployCC -ccn basic -ccp ../../blockchain-exp/votesmartcontract -ccl go

代码投票

修改main.go的cryptoPath和chaincodeName，通过应用程序调用智能合约：

# 运⾏客户端
cd ~/blockchain/blockchain-exp/vote-app
go mod tidy
go run main.go

根据菜单就能直接投票了：

命令行投票

链码部署 (deployCC)

-ccn: 指定Chaincode名为vote

-ccp指定Chaincode源代码的路径

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

环境变量设置

        在执行链码调用invoke/query命令前，必须设置这些环境变量，以指定要操作哪个 Peer 节点和使用哪个身份。

# 设置核心配置路径（假设当前在 test-network 目录）
export FABRIC_CFG_PATH=$PWD/../config/# 启用 TLS 通信
export CORE_PEER_TLS_ENABLED=true# 设置要操作的组织 MSP ID
export CORE_PEER_LOCALMSPID="Org1MSP"# 设置该组织的 TLS 根证书路径（用于验证通信）
export CORE_PEER_TLS_ROOTCERT_FILE=$PWD/organizations/peerOrganizations/org1.example.com/peers/peer0.org1.example.com/tls/ca.crt# 设置管理员用户的 MSP 路径（身份文件）
export CORE_PEER_MSPCONFIGPATH=$PWD/organizations/peerOrganizations/org1.example.com/users/Admin@org1.example.com/msp# 设置要连接的 Peer 节点地址
export CORE_PEER_ADDRESS=localhost:7051

切换到 Org2 时，需要重新设置以下变量：

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

调用交易(invoke)

调用链码的VoteUser 函数，这是一个会修改账本状态的交易（Transaction）。

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

查询投票(query)

        查询单个用户票数：Chaincode的 GetUserVote函数，这是一个仅查询账本状态而不产生交易的查询（Query）：

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

        查询所有投票：Chaincode的GetAllVotes函数：

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！下一篇挖矿！

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