摘要：

lHyperledger发起于2015年12月，是一个由Linxu基金会管理的开源模块化区块链平台，旨在促进跨行业区块链技术的发展，目前在全球范围内有超过250个的参与机构，主要的目的在于创建企业级、开源的分布式账本框架和代码库来支持全球范围内的商业交易。

l基于Hyperledge中孵化项目的主要功能和特性，其主要的可应用的行业用例包括金融证证券、物联网、共享经济、供应链等。作为需要授权加入的半开放式网络结构，在企业间可以实现跨行业的实时信息同步，保障数据完整性，解决各方信任问题等一系列优点。 

lHyperledger孵化并推广了一系列商业区块链技术，包括分布式账本框架、智能合约引擎，客户端数据库，图形界面管理，实用程序库和实例应用程序，Hyperledger的伞型管理策略鼓励重复使用通用模块，目前主要有五个技术框架：Sawtooth，Iroha，Fabric, Burrow, Indy,以及5个工具包包括：Caliper，Explorer，Cello，Quilt，Composer。 

l考虑到包括Fabric与Sawtooth在类的企业级应用框架近一年多时间内才上线，缺乏经过验证的用例，企业对技术潜力理解有限，人才相对缺失等挑战都需要时间以及来自部分领先开拓者的帮助。

目录

1. Hyperledger简述与行业用例

  1.1 联盟链—Hyperledger背景简述

  1.2 Hyperledger联盟成员

  1.3 Hyperledger行业用例

2. Hyperledger的设计理念与架构

  2.1 Hyperledger的系统设计理念

  2.2 Hyperledger主要技术框架

  2.3 Hyperledger工具包

3.  Hyperledger交易流程 Sawtooth&Fabric

  3.1 Hyperledger Sawtooth交易流程.

  3.2 Hyperledger Fabric交易流程

4. Hyperledger的优势与挑战

1. Hyperledger简述与行业用例

1.1  联盟链—Hyperledger背景简述

 联盟链可以被认为是半分散性质的区块链组织架构，通常只对特定的组织或个人节点进行参与权限认证。在公有的区块链中，任何人都可以读取数据或开展操作，对于共识的参与也没有限制，整个链的控制不属于任何人或实体。而在联盟链中，共识的参与是只对于在网络中预先批准的一组节点开放，联盟链的控制权往往不是授予单个实体，而是给到一群特定的被授权组织。因此，联盟链往往拥有区块链固有的安全特性，同时也允许对网络进行更大程度的控制。

目前联盟链通常与企业相关，往往是多个公司合作利用区块链技术改进业务流程，全球大规模的联盟链例子有：Quorum、Hyperledger 、Corda，本文研究将主要以Hyperledger为例。

Hyperledger发起于2015年12月，是一个由Linxu基金会管理的开源模块化区块链平台，旨在促进跨行业区块链技术的发展，目前在全球范围内有超过250个的参与机构，主要的目标如下:

l创建企业级、开源的分布式账本框架和代码库来支持全球范围内的商业交易。 

l提供中立、开放和由社区驱动的区块链基础设施，由技术和商业同时进行管理。 

l建立技术社区来开发区块链与共享账本使用实例，可进行企业现场跟踪和部署。

1.2  Hyperledger联盟成员

Hyperledger自成立以来在全球范围内吸引了大量企业的关注，众多行业巨头加入了联盟之中，其高级会员包括：思科、空中巴士、百度、IBM、Inter、日立，J,P.Morgan等。普通会员中国内较为知名的有：小米、华大基因、招生银行、中信、京东、华为、联想等。

1.3  Hyperledger行业用例

基于Hyperledge中孵化项目的主要功能和特性，其主要的可应用的行业用例包括：

l金融资产存管

金融证券等资产可以在区块链网络上实现信息化，金融资产的所有相关方可以直接访问每种资产，以便发起交易或获取资产信息。交易可以在利益相关方之间商定的时间范围内进行，而无需通过中间方。利益相关者能够为任何给定的资产类型添加业务规则，并通过自动化进一步降低运营成本。

l公司活动

当公司在开展业务活动时，能够将完整详细信息实时发送给股东，无论该流程涉及多少中介（收款/付款代理，CSD，ICSD，本地/全球托管银行，资产管理公司等）。一旦股东做出决定，该决定也将被实时处理和结算（包括新的股票发行）。

l供应链

区块链平台允许供应链网络中的每个参与者输入和跟踪原材料的采购，跟踪运输货物的出处，并确保生产和储存的不可变记录。除了在金融和公司活动方面的相关用例以外，在供应链中主要给参与方提供了一种深度的检索系统，以确保在各个流通环节的安全真实性。

l数据管理

数据通常指的是非交易和业务信息，也是是许多行业的关键和基础组成部分。在核心数据上往往需要反应真实情况。在这个前提下，授权方可以提交数据更改，指定的验证方可以选择接受或拒绝这些更改，这样将解决众多的数据质量和完整性问题。

l共享经济和物联网

共享经济将在许多行业产生新的商业类型，包括智慧城市，联网住宅，汽车，交通，医疗保健，零售，建筑，教育和运动健身等等。然而，当下在进行交易时，个人、组织和监管机构并不总是相互信任。正确应用区块链分类帐技术将有助于解决各方之间存在的许多信任问题。

2.  Hyperledger的设计理念与架构

2.1  Hyperledger的系统设计理念

Hyperledger作为一个高度模块化的区块链平台，在增加适用性的前提下，其主要的设计理念包含四个部分：身份服务，策略服务，区块链和智能合约。

l身份服务：身份服务管理参与组织、验证者和交易者的身份，包括分类账本中各个参与方的相关信息，例如资产和智能合约，以及网络、服务器和具体执行环境等系统组件。

l政策服务：主要作用在于设定和管理联盟治理策略，包括访问控制和授权许可，制定章程和准入规则，身份注册和验证方式，隐私和保密规则，问责机制和共识建立等。

l区块链：主要包含三个关键组件——点对点协议，分布式账本和共识管理器。点对点协议适用于现有的互联网基础设施，分布式账本更为长久的保存数据，并最大限度的减少单个组织运行所需的存储空间。 

l智能合约：非公开的智能合约部署，这些智能合约只能通过网络中已验证的成员来调用。

Hyperledger孵化并推广了一系列商业区块链技术，包括分布式账本框架、智能合约引擎，客户端数据库，图形界面管理，实用程序库和实例应用程序，Hyperledger的伞型管理策略鼓励重复使用通用模块，目前主要的技术框架有：

Intel主导开发，是一个用户构架，部署和运行分布式账本的模块化平台，包含一种新颖的共识算法——经验时间证明（PoET)，它以最小的资源消耗为目标，增强联盟中商业流通效率。

作为开发模块化架构应用程序或解决方案的基础平台，Hyperledger Fabric允许例如共识机制和成员服务类型的组件即插即用。

Hyperledger Iroha是一个易于使用的模块化分布式区块链平台，具有独特的共识和订购服务算法，以及基于不同角色的权限模型，支持多方签名。

由Monax提供，为模块化区块链客户端提供了一个根据以太坊虚拟机规范开发的智能合约解释器。

分布式账本身份管理，提供工具库和可重复使用的组件，用于创建和使用基于区块链或其他分类账本的独立数字身份，以实现互操作性。

除了5个主要的技术框架之外，还包含有5个工具包，目的在于协助联盟内成员的区块链解决方案部署。

一种基于区块链基准的测试工具，允许用户使用一组预定的参数来衡量特定区块链的具体实现性能。

旨在为区块链生态系统提供“即时服务”部署模型，以减少创建，管理和终止区块链应用所需的工作量。

一种协作工具，用于构建区块链业务网络，加速智能合约的开发及其在分布式账本中的部署。

可以查看，调用，部署或查询存储在分类账本中的相关信息包括：区块，业务数据，网络信息，链代码等。

通过实施ILP提供分类账本系统之间的互操作性，ILP主要是支付协议，旨在跨分布式分类账和非分布式分类账之间传输价值。

Hyperledger Sawtooth是一个企业区块链平台，用于构建分布式账本应用和网络。设计理念目标是保持分布账架构，同时使企业用途的智能合约安全执行。

Sawtooth通过将核心系统与应用程序分离，简化了区块链应用程序的开发。应用程序开发人员可以使用他们选择的语言设定应用程序的业务规则，而无需了解底层核心系统的基础设计。

在Sawtooth的网络中，需要由验证者（Validator)验证交易区块，并使整个网络的信息改变保持一致性。当一个用户创建一个交易批次时，通过REST API将其提交给一个验证者。验证者在确认交易信息有效的前提下，在网络中应用并改变其状态，如果交易信息中有任何缺失的部分，交易便不会被验证为有效。

Sawtooth采用的一种叫做经验时间证明的共识算法（PoET)，PoET使用随机函数从不同的分布式节点当抽取一个节点来充当领导者。网络中的验证者会分别得到一个等待时间，对于特定区块有着最短等待时间的验证者将会被指定创建区块。与依靠设备优势的算法不同，这种随机的选择方式使得联盟网络规模具有更大的扩展性。

在Fabric的架构中，企业可以为节点分配不同的角色，包括客户/客户端，排序（更新交易数据）,Peer（在分类账中提交交易），Endorser(验证交易），交易流程分别如下：

（1）通过客户端SDK接口，向Endorsing Peer发送交易信息请求

（2）每个Endorsing Peer单独对客户端交易进行模拟处理并签名，并将结果数据打包为RW Sets的形式返还给客户端。这时候的交易信息验证只是在于一对Endorsing Peer和客户端之间有效，在全网范围内并不能被算做有效，这直到客户端收到大多Endorsing Peer的回复之后，交易才能被视为有效。每个Endorsing Peer中都包含有智能合约以验证交易，其中的参数和验证机制可以由开发者设置。

（3）在交易验证成功之后，客户端将交易信息和RW SetS一并提交给排序服务进行打包排序。在排序服务中包含的共识算法也可以由开发者自由选择，在选择的共识算法之下，排序服务将交易打包为区块。

（4）排序服务并不处理交易和维护账本，而是将排序后的交易信息反馈给所有参与节点，节点再对交易依次进行验证。

（5）在所有节点的交易信息同步后，由Committing Peer进行最后的验证并将交易写入区块链中。若果RW Sets里的信息在这时没有在所有节点中保持一致，交易仍然会被验证为失败，但依然会保存在区块链中。

（6）最后由Committing Peer通过异步通知的方式反馈给客户端交易验证成功或者失败的结果。

Hyperledger Fabric的整体网络是由节点来维护的，而不是由传统商业模式中的特定方来完成。Endorsing peer校验客户端的签名，然后执行智能合约代码模拟交易。交易处理完成后，对交易信息签名，返回给客户端。客户端收到签名后的交易信息后，发给order节点排序。Order节点将交易信息排序打包成区块后，广播发给committing peers，写入区块链中。一个完整的交易处理流程如下图所示：

l由于有望提高效率和降低成本，大多企业对区块链技术都越来越感兴趣。但是由于缺乏隐私，伸展性能较差与较低的数据吞吐量，大多企业无法选择使用无授权要求的公开区块链。

l与公开区块链打造的“去信任”网络相比，Hyperledger专为满足商业客户的需求而量身定做。可以为适合的企业用户提供一系列的身份管理解决方案，可以与现有的行业标准和企业信任系统集成，并且能以最少的成本和操作集成到现有商业系统中。 

lHyperledger的模块化结构可以解决目前由于区块链技术较新而缺乏的现成插件问题。在模块化的架构中，开发人员可以在其中创建包含自定义身份管理等的插件，并可以结合自身需求设置权限。

l没有类似于POW的算法要求与挖坑要求，也无需通过通证来进行价值流通，对于商业用户来讲，提供了其可拓展性，使得交易更加快速。 

l目前联盟成员中包含了大多行业的龙头企业，在这样一个多元化的组织中，每个企业在区块链技术以及他们的主要业务方向方面都具有重要的专业知识，社区的综合力量将为Hyperledger未来的发展路线图带来丰厚回报。

l考虑到包括Fabric与Sawtooth在类的企业级应用框架近一年多时间内才上线，缺乏经过验证的用例，企业对技术潜力理解有限，人才相对缺失等挑战都需要时间以及来自部分领先开拓者的帮助。