Hyperledger Fabric（4）链码ChainCode

智能合约，是一个抽象的概念，智能合约的历史可以追溯到 1990s 年代。它是由尼克萨博（Nick Szabo）提出的理念，几乎与互联网同龄。

我们这里所说的智能合约只狭义的指区块链中。它能够部署和运行在区块链环境中，由一段代码来描述相关的业务逻辑。部署后的智能合约在区块链中无法修改，智能合约的执行完全由代码决定，不受人为因素的干扰。一般来说，参与方通过智能合约规定各自权利和义务、触发合约的条件以及结果，一旦该智能合约在区块链环境中运行就可以得出客观、准确的结果。

什么是ChainCode

　　ChainCode（链码）是智能合约在Fabric区块链网络的实现形式。分为用户链码和系统链码，通常指的是用户链码。链码是访问账本的基本方法，一般是用Go等高级语言编写的、实现规定接口的代码。上层应用可以通过调用链码来初始化和管理账本的状态。只要有适当的权限，链码之间也可以互相调用。

　　链码被部署在Fabric网络节点上，运行在隔离沙盒（目前为Docker容器）中，并通过gRPC协议与相应的Peer节点进行交互，以操作分布式账本中的数据。

　　启动Fabric网络后，可以通过命令行或SDK进行链码操作，验证网络运行是否正常。

　　它扮演的角色如下图所示：

应用程序通过向区块链网络发送交易来调用智能合约，从而操作账本中的状态。

ChainCode的运行方式

　　在Fabric中交易的处理过程，客户端将提案首先发送到背书节点，背书节点检提案的合法性。如果合法的话，背书节点将通过交易所属的链码临时执行一个交易，并执行背书节点在本地持有的状态副本。

　　Chaincode应该仅仅被安装于chaincode所有者的背书节点上，链码运行在节点上的沙盒（Docker容器）中，并通过gRPC协议与相应的Peer节点进行交互，以使该chaincode逻辑对整个网络的其他成员保密。

　　请务必在一条channel上每一个要运行你chaincode的背书节点上安装你的chaincode，其他没有chaincode的成员将无权成为chaincode影响下的交易的认证节点（endorser）。也就是说，他们不能执行chaincode。不过，他们仍可以验证交易并提交到账本上。

　　ChainCode要在区块链网络中运行，需要经过链码安装和链码实例化两个步骤。

　　多次安装，一次实例化
　　在一个区块链子链中，该网络是由“1账本+1通道+N个peer节点”组成。如果我们要手动来搭建Fabric网络的话，即通过命令行的形式来进行ChainCode的安装与实例化。我们需要多次install，一次instance。也就是说，对于整个Fabric网络来说，假设有X个背书节点，那么，我们需要给每个背书节点安装ChainCode，但是在整个网络搭建过程中只需要instance ChainCode一次。因为install 针对的是背书节点，instance 针对的是通道。

　　install 链码的对象是背书节点，主要目的是方便背书节点对运行链码，对交易进行模拟。

　　instance 链码的对象是channel，主要目的是为了将安装过的链码在指定通道上进行实例化调用，在节点上创建容器启动，并执行初始化操作。实例化的过程中，需要指定背书策略，来确定通道上哪些节点执行的交易才能添加到账本中。

　　安装的过程其实就是对指定的代码进行编译打包，并把打包好的文件发送到Peer，等待接下来的实例化。下面链码的生命周期就是指这个过程。

　　实例化链上代码主要是在Peer所在的机器上对前面安装好的链上代码进行包装，生成对应Channel的Docker镜像和Docker容器。并且在实例化时我们可以指定背书策略。

Chaincode运行在一个受保护的Docker容器当中，与背书节点的运行互相隔离。
Chaincode可通过应用提交的交易对账本状态初始化并进行管理。

ChainCode的生命周期

Hyperledger Fabric API提供了四个管理chaincode生命周期的命令：

package
install
Instantiate
Upgrade

在未来的版本中，正考虑添加stop和start交易的指令，以便能方便地停止与重启chaincode，而不用非要真正卸载它才行。在一个区块链网络中，将打包、安装、实例化和升级chaincode的过程作为一种可操作的chaincode生命周期函数进行调用。

在这里，我们简单讨论package，signpackage，install，instantiate，upgrade，stop&start这几个生命周期。具体如下图所示：

1）Packaging | 打包

在区块链中，将链码安装到Peer节点，与我们安装普通程序不一样。Fabric对链码的安装有严格的验证和安全机制。

安装好的链码，谁有资格实例化？又该使用什么样的背书策略来调用ChainCode呢？

这一切，都需要在安装之前规定好。我们把这些附加信息+ChainCode源码统称为ChainCode包。

一般而言，ChainCode包由以下三个部分组成：

chaincode本身，其由ChaincodeDeploymentSpec（Chaincode部署规范）来定义。ChaincodeDeploymentSpec，以下简称CDS。CDS是根据代码及一些其他属性（名称，版本等）来定义chaincode。
一个可选的实例化策略，该策略可被背书策略描述。
一组表示chaincode所有权的签名。

打包的过程，就是将这三部分信息打包成一个整体。一般来说，打包chaincode有两种方式：

第一种是当你想要让chaincode有多个所有者的时候，此时就需要让chaincode包被多个所有者签名。这种情况下需要我们创建一个被签名的chaincode包（SignedCDS），这个包依次被每个所有者签名。
另一种就比较简单了，让chaincode有一个所有者的时候，此时只要被一个人签名即可。

要创建一个签名过的chaincode包，请用下面的指令：

peer chaincode package -n mycc -p github.com/hyperledger/fabric/examples/chaincode/go/chaincode_example02 -v  -s -S -i "AND('OrgA.admin')" ccpack.out

-s：选项创建了一个可被多个所有者签名的包，而非简单地创建一个CDS。如果使用-s，那么当其他所有者要签名的时候，-S也必须同时使用。否则，该过程将创建一个仅包含实例化策略的签名chaincode包（SignedCDS）。
-S选项可以使在core.yaml文件中被localMspid相关属性值定义好的MSP对包进行签名。该选项是可选的。不过，如果我们创建了一个没有签名的包，那么它就不能被任何其他所有者用signpackage指令进行签名。
-i选项也是可选的，它允许我们为chaincode指定实例化策略。实例化策略与背书策略格式相同，它指明谁可以实例化chaincode。

2）signpackage | 签名并打包

一个在创建时就被签名的chaincode包可以交给其他所有者进行检查与签名。具体的工作流程支持通道外对chaincode包签名。

ChaincodeDeploymentSpec可以选择被全部所有者签名并创建一个SignedChaincodeDeploymentSpec（SignedCDS），SignedCDS包含三个部分：

CDS包含chaincode的源码、名称与版本
一个chaincode实例化策略，其表示为背书策略
chaincode所有者的列表，由Endorsement定义

一个chaincode所有者可以对一个之前创建好的带签名的包进行签名，具体使用如下指令：

peer chaincode signpackage ccpack.out signedccpack.out

指令中的ccpack.out和signedccpack.out分别是输入与输出包。

signedccpack.out则包含一个用本地MSP对包进行的附加签名。

3）install | 安装

install的过程会将chaincode的源码以一种被称ChaincodeDeploymentSpec（CDS）的规定格式打包，并把它安装在一个将要运行该chaincode的peer节点上。

在Fabric网络中，我们需要在一个channel上每一个要运行你chaincode的背书节点上安装你的chaincode。

Chaincode应该仅仅被安装于chaincode所有者的背书节点上，以使该chaincode逻辑对整个网络的其他成员保密。其他没有chaincode的成员将无权成为chaincode影响下的交易的认证节点（endorser）。对于认证节点来说，他们不能执行chaincode。不过，他们仍可以验证交易并提交到账本上。

下面安装chaincode，使用CLI安装一个存放在sacc目录下的chaincode时，命令如下

peer chaincode install -n asset_mgmt -v 1.0 -p sacc

-n：name 对链码进行命令

-v: version 指定chaincode的版本

-p: path 指明chainCode的路径

在CLI内部会为sacc创建SignedChaincodeDeploymentSpec，并将其发送到本地peer节点。这些节点会调用LSCC上的Install方法。

4）instantiate | 实例化chaincode

实例化ChainCode过程会调用生命周期系统chaincode(LSCC)在一个channel上创建并初始化一段chaincode。实例化过程，会生成对应Channel的Docker镜像和Docker容器。并且在实例化时我们可以指定背书策略。

当然，一个实例化交易的创建者必须符合在SignedCDS中chaincode的实例化策略，且必须充当channel的写入器（这会成为channel创建配置的一部分），这对于channel的安全至关重要。

使用CLI去实例化名为mycc 的chaincode，指令具体如下：

peer chaincode instantiate -n mycc -v 1.0 -c '{"Args":["john","0"]}' -P "OR ('Org1.member','Org2.member')"

-n 实例化链码的名称

-c --ctor，链码的具体执行参数，为json格式

-P --Policy 指定实例化策略

5）upgrade | 升级chaincode

一段chaincode可以通过更改它的版本（SignedCDS的一部分）来随时进行更新。至于SignedCDS的其他部分，比如所有者及实例化策略，都是可选的。不过，chaincode的名称必须一致，否则它会被当做完全不同的另一段chaincode。

在升级之前，chaincode的新版本必须安装在需要它的背书节点上。升级是一个类似于实例化交易的交易，它会将新版本的chaincode与channel绑定。其他与旧版本绑定的channel则仍旧运行旧版本的chaincode。换句话说，升级交易只会一次影响一个提交它的channel。

6）stop&star | 停止与启动

注意，停止与启动生命周期交易的功能还没实现。不过，你可以通过移除chaincode容器以及从每个背书节点删除SignedCDS包来停止chaincode。具体而言，就是删除所有主机或虚拟机上peer节点运行于其中的chaincode的容器，随后从每个背书节点删除SignedCDS。

chainCode的状态总结

在上述的过程中，ChainCode的状态有以下几种。这里做一个小总结：

CDS-ChainCodeSpec 包含链码源码，名称，版本等信息

SignedCDS-SignedChaincodeDeploymentSpec ，包含 CDS、一个chaincode实例化策略，其表示为背书策略、chaincode所有者的列表，由Endorsement定义。

ChainCode的种类

在Fabric中，链码可以分为两种，系统chaincode与用户chaincode。

1）系统ChainCode

系统链码则负责Fabric节点自身的处理逻辑，包括系统配置、背书、校验等工作。这些处理过程最初通过硬编码（Hard-Coded）的方式固化在系统中。Fabric通过系统链码的形式来实现，运行在Peer主进程内，兼顾了逻辑实现和管理的灵活性，以及通信的性能。

例如：一个系统chaincode只能通过peer节点的二进制文件升级。同时，系统chaincode只能以一组编译好的特定的参数进行注册，且不具有背书策略相关功能。

以下是系统chaincode的表格：

Fabric五大类型系统链码。系统链码目前仅支持Go语言，在Peer节点启动时会自动完成注册和部署，以进程内逻辑形式跟主进程进行交互。

2）用户chaincode

用户链码对应用开发者来说十分重要，它提供了基于区块链分布式账本的状态处理逻辑，基于它可以开发出多种复杂的应用。

在超级账本Fabric项目中，用户可以使用Go语言来开发链码，未来还将支持包括Java、JavaScript在内的多种高级语言。

用户链码相关的代码都在core/chaincode路径下。其中core/chaincode/shim包中的代码主要是供链码容器侧调用使用，其他代码主要是Peer侧使用。

3）两者的比较

相同点

系统chaincode与用户chaincode两种的编程模型相同，

不同点

系统chaincode运行于peer节点内而用户chaincode运行在一个隔离的容器中。因此，系统chaincode在节点内构建且不遵循上文描述的chaincode生命周期。安装，实例化，升级这三项操作不适用于系统chaincode。

链码的工作流程

我们知道，在Fabric中，链码运行在节点上的沙盒（Docker容器）中，被调用时的基本工作流程如上图所示。

首先，用户通过客户端（SDK或CLI），向Fabric的背书节点（endorser）发出调用链码的交易提案（proposal）。
然后，节点对提案进行包括ACL权限检查在内的各种检验，通过后则创建模拟执行这一交易的环境。
接着，背书节点和链码容器之间通过gRPC消息来交互，模拟执行交易并给出背书结论。
最后，客户端收到足够的背书节点的支持后，便可以将这笔交易发送给排序节点（orderer）进行排序，并最终写入区块链。

链码容器的shim层是节点与链码交互的中间层。当链码的代码逻辑需要读写账本时，链码会通过shim层发送相应操作类型的ChaincodeMessage给节点，节点本地操作账本后返回响应消息。在上面的流程中，出现了一个重要的部分，shim层。这里需要再次强调一下，链码容器的shim层是节点与链码交互的中间层。

《区块链核心技术与应用》

《区块链开发实战》

等