基于Hyperledger的自交易共享平臺解決方案

陳德+姜新旺+王艷霞+馬永進

摘 要： 提出采用Hyperledger超級賬本，對網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)據(jù)從采集到自交易的應用場景及業(yè)務邏輯進行分析建模，給出節(jié)點及其數(shù)據(jù)的可信驗證方法，構建一個以區(qū)塊鏈及智能合約為基礎的去中心化的自交易共享平臺解決方案。該方案可用于實現(xiàn)低成本網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)據(jù)的自主管理和商品資產(chǎn)化的增值服務，從而衍生出新型的商業(yè)形態(tài)。

關鍵詞： 超級賬本； 區(qū)塊鏈； 智能合約； 自交易共享平臺

中圖分類號：R197.1 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2018）01-20-03

Building a shared discretionary trading platform with Hyperledger

Chen De1， Jiang Xinwang1，2， Wang Yanxia2， Ma Yongjin2

（1. College of Economics and Management， Zhejiang Normal University， Jinhua， Zhejiang 321004， China；

2. Blockchain Laboratory（Zhejiang Normal University））

Abstract： This paper introduces Hyperledger technology. The application scenarios and business logic of discretionary trading are analyzed and modeled， the trusted verification method for the node and its data is given， and a scheme of shared discretionary trading platform with blockchain technology and smart contract is put forward. The scheme can be used to realize the low cost self management of network node data and value-added service of commodity assets， and thus derive a new commercial form.

Key words： Hyperledger； block chain； smart contract； shared discretionary trading platform

0 引言

人類最原始交易是物物交換，隨后經(jīng)歷法幣、信用卡交易等階段。目前，互聯(lián)網(wǎng)的支付方式是一種基于第三方信用背書的電子支付（如：支付寶等），存在第三方中介的信任問題，根源在于，基于TCP/IP的互聯(lián)網(wǎng)只是解決了點對點可靠、近乎零成本的信息傳遞，而非價值傳遞，其應用模式只是在數(shù)據(jù)傳遞這條技術主線上演變?；ヂ?lián)網(wǎng)金融作為金融創(chuàng)新模式，要想真正實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展，面臨著網(wǎng)絡技術漏洞、消費者權益保護法律缺失、金融監(jiān)管體制不健全、信用體系不完善、消費者維權難等一系列問題[1]。

基于密碼學原理的區(qū)塊鏈，是一種去中心、去信任、集體維護的分布式賬本技術[2]。它由一串使用密碼學產(chǎn)生的數(shù)據(jù)區(qū)塊有序鏈接而成，無需信任單個節(jié)點，依靠共識機制確保交易的真實和不可逆，可實現(xiàn)方便快捷、安全可靠、近乎零成本的價值傳遞，從而構建不同于以往人類社會的“信任”生態(tài)的價值互聯(lián)網(wǎng)，建立了去中心化的價值體系，其核心特征是實現(xiàn)資金、合約、數(shù)字化資產(chǎn)等價值傳遞和交易[3]。

超級賬本Hyperledger匯集金融、銀行、物聯(lián)網(wǎng)、供應鏈、制造等各界開發(fā)人員心血，目的是為了打造一個跨領域的區(qū)塊鏈應用[4]。本文采用Hyperledger Fabric開源項目，提出一種從數(shù)據(jù)采集到自交易的應用場景解決方案，方案僅限交易對象提供實時數(shù)據(jù)，交易雙方通過合約實現(xiàn)靈活交易，交易達成后，允許買方主動讀取（或被動收聽）特定的節(jié)點數(shù)據(jù)；賣方可以對節(jié)點的私有錢包進行資金歸集等操作。

1 基于Hyperledger的開發(fā)環(huán)境[5]

1.1 Hyperledger簡介

超級賬本Hyperledger是Linux基金會于2015年發(fā)起的推進區(qū)塊鏈數(shù)字技術和交易驗證的開源項目，30家初始成員（包括IBM等）共同宣告Hyperledger項目成立。由于其點對點網(wǎng)絡的特性，分布式賬本技術是完全共享、透明和去中心化的，非常適合于在金融行業(yè)應用。其中Fabric項目是目前比較活躍的一個開源項目，在Hyperledger Fabric基礎上又衍生出一些其他相關的應用項目。Fabric是區(qū)塊鏈技術的實現(xiàn)，比特幣可以作為一種簡單的應用在Fabric基礎上構建。Fabric采用了模塊化的構架，允許不同的組件在實現(xiàn)協(xié)議的基礎上即插即用?？梢允褂脧姶蟮娜萜骷夹g來運行主流編程語言以進行智能合約的開發(fā)。Fabric項目的構架由成員服務（Membership）、區(qū)塊鏈服務（Blockchain）和鏈碼服務（Chaincode）三個主要類別構成。Hyperledger具有身份識別與可審核性、私下交易及保密合約、用戶可自行選擇共識算法、能夠通過主流編程語言編寫鏈上代碼chaincode（也稱：智能合約）、性能績效以及可擴展性等特點。

1.2 搭建開發(fā)環(huán)境

在區(qū)塊鏈應用項目研發(fā)中，共識算法的研究和改進十分重要。因此，基于Hyperledger的開發(fā)環(huán)境，不僅可供企業(yè)級應用項目的編程開發(fā)，而且可用于相關共識算法、智能合約等內(nèi)容的性能分析測試。開發(fā)環(huán)境的技術路線是在Linux系統(tǒng)下搭建測試環(huán)境，構建測試網(wǎng)絡，分析共識源碼，測試算法效率。搭建的工作步驟如下。endprint

步驟1：在Linux系統(tǒng)下搭建測試環(huán)境。根據(jù)官方網(wǎng)站給出的4個驗證節(jié)點的網(wǎng)絡環(huán)境搭建方案，虛擬機內(nèi)利用Docker安裝測試環(huán)境。

步驟2：構建測試網(wǎng)絡。在一臺PC上安裝多個docker以承載多個驗證節(jié)點；在多臺PC上安裝多個docker，實現(xiàn)docker之間通訊，以擴充網(wǎng)絡規(guī)模。

步驟3：查看共識模塊，分析源碼。分析實用拜占庭PBFT算法源碼，了解共識代碼的書寫規(guī)范格式；找到相關事件接口。

步驟4：確定共識模塊的啟動接口和共識事件流程。找到啟動共識算法接口函數(shù)；跟蹤該函數(shù)了解共識事件流程；找到系統(tǒng)中所有對于共識算法參數(shù)設置變量及相關參數(shù)。

步驟5：更改原有PBFT共識代碼，更換并測試共識算法的有效性。

2 自交易業(yè)務邏輯

目前互聯(lián)網(wǎng)金融平臺是一種中心化的組織架構，采用基于第三方信用背書的交易模式，不僅交易成本高，而且容易出現(xiàn)信任危機等交易糾紛。在一個去中心化、去信任的分布式環(huán)境中，因為沒有傳統(tǒng)的交易中心環(huán)節(jié)，任何人在任何時間任何地點都可以發(fā)起交易，實現(xiàn)了自主C2C交易，區(qū)塊鏈的共識算法保證了交易流程的不可抵賴性、各種交易模型的安全設置使得安全性大大提高，整個交易過程操作簡單，無技術門檻，交易成本低。

本文提出建立一個基于區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)據(jù)自交易共享平臺，利用P2P支付獎勵機制，鼓勵數(shù)據(jù)擁有者開放分享數(shù)據(jù)，實現(xiàn)節(jié)點數(shù)據(jù)自盈利。

平臺運行機制如下：

⑴ 軟件運行在多個節(jié)點，以P2P方式通信，一個節(jié)點數(shù)據(jù)的變化會通知同步到其他所有節(jié)點；

⑵ 在通信過程中必須驗證其真實性，驗證機制為共識算法；

⑶ 采用代幣對算力的獎勵；

⑷ 根據(jù)一段時間內(nèi)交易的信息計算hash值，打上時間戳，成為鏈中的一個區(qū)塊，計算hash值通過特定機制由某個節(jié)點完成（即該節(jié)點提供算力），并給予獎勵；

⑸ 如果需要修改交易信息，必須得到所有算力的50%以上的認可；

⑹ 通過這種運行機制，解決了認證、存儲、防攻擊三個問題。

自交易平臺的業(yè)務流程如下：

⑴ 區(qū)塊鏈保存交易信息，購買方自行保存數(shù)據(jù)，出售方提供數(shù)據(jù)的訪問接口及特定的訪問機制；

⑵ 用戶的注冊本質(zhì)是私鑰的生成；

⑶ 目前僅考慮實時數(shù)據(jù)的交易；

⑷ 合約應由發(fā)起方?jīng)Q定合約內(nèi)容，如傳節(jié)點類型、數(shù)量、時長等；

⑸ 交易時先鎖定交易金額，然后按日轉(zhuǎn)賬到對應的傳感器賬戶；

⑹ 平臺必須考慮節(jié)點及其數(shù)據(jù)的真實性，以及運行狀態(tài)。

自交易業(yè)務流程如圖2所示，其中角色分為兩類：一類是網(wǎng)絡節(jié)點，其私有錢包由owner管理；另一類是普通用戶。在本文，節(jié)點主要以賣方身份出現(xiàn)，普通用戶以買方出現(xiàn)。

3 節(jié)點及其數(shù)據(jù)的可信驗證

在去中心化條件下，網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)據(jù)涉及兩個方面：一是如何證明節(jié)點用戶真實可信；二是如何驗證實時數(shù)據(jù)真實可靠。在去中心化條件下，讓節(jié)點數(shù)據(jù)賣方自己證明自己真實可信，理論上相當于程序正確性證明，相當于圖靈機的停機問題，而已知圖靈機停機問題是不可判定的。盡管如此，在實際應用中，可以為網(wǎng)絡節(jié)點及其數(shù)據(jù)的真實性給出定義或制定相關標準，使得買方用戶可以憑借這些標準來自行判定節(jié)點數(shù)據(jù)的真實性。如此，節(jié)點數(shù)據(jù)是否“正確”的理解可以有以下四個層次：

⑴ 節(jié)點數(shù)據(jù)中不含明顯低級的錯誤數(shù)據(jù)；

⑵ 節(jié)點對于幾組探測需求能夠得出滿足要求的數(shù)據(jù)；

⑶ 節(jié)點對于精選、典型苛刻且?guī)в械箅y性的幾組探測要求能輸出滿足要求的數(shù)據(jù)；

⑷ 節(jié)點對于一切合法的探測要求都能得出滿足要求的數(shù)據(jù)。

通常以第⑶層意義上的正確性作為衡量一個節(jié)點提供數(shù)據(jù)是否真實的標準。根據(jù)第⑶層定義的標準，為了完成對節(jié)點數(shù)據(jù)正確的驗證，在不引入第三方的情況下，可采取如下三種可能的方法。

方法1：僅由交易系統(tǒng)來驗證節(jié)點數(shù)據(jù)的正確性。若由交易系統(tǒng)驗證節(jié)點數(shù)據(jù)正確性，則當節(jié)點用戶注冊時，由系統(tǒng)根據(jù)節(jié)點用戶的類型、特征和作用等，自動產(chǎn)生上述標準⑴-⑶的要求，根據(jù)節(jié)點返回的結果與系統(tǒng)自身理論上的結果進行比較，如若一致，則證明該節(jié)點用戶是真實、可信的，準予注冊；否則不允許注冊。

方法2：僅由數(shù)據(jù)買方用戶來驗證節(jié)點數(shù)據(jù)的正確性。若由數(shù)據(jù)買方用戶來驗證節(jié)點數(shù)據(jù)正確性，則節(jié)點用戶注冊時，交易系統(tǒng)并不驗證其真實性，而當買方用戶欲購買節(jié)點用戶數(shù)據(jù)時，由買方用戶根據(jù)節(jié)點用戶類型和作用，發(fā)出如上述標準⑴-⑶中要求，并根據(jù)節(jié)點返回的結果與客戶自身理論分析的結果進行比較，如若一致，則該用戶認為該節(jié)點用戶是真實可信的，可以進行購買；否則不可信不產(chǎn)生交易。

方法3：先由交易系統(tǒng)驗證再由普通用戶自行選擇驗證。該方案是結合上述兩種方案，進一步增強了可信性，首先當節(jié)點用戶注冊時由系統(tǒng)驗證，在一定程度上保障了注冊節(jié)點用戶的真實性，而當買方用戶的再次驗證，則可進一步保障該節(jié)點用戶的可信性。

4 結束語

本文通過對網(wǎng)絡節(jié)點及其數(shù)據(jù)自交易業(yè)務邏輯進行分析建模，提出采用Hyperledger超級賬本，給出了網(wǎng)絡節(jié)點及其數(shù)據(jù)的可信驗證方法，構建一個去中心化的自交易平臺解決方案，方案中的區(qū)塊鏈只記錄通過合約實現(xiàn)的交易細節(jié)，達成交易合約后，只為給購買者提供節(jié)點數(shù)據(jù)的訪問權限或者將數(shù)據(jù)廣播給購買者，至于購買者什么時候讀取或者使用數(shù)據(jù)，是購買者自己的事情，與交易平臺無關。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，更多智能設備及產(chǎn)品實現(xiàn)入網(wǎng)互聯(lián)，每個物體都將擁有惟一數(shù)字身份識別碼，在萬物互聯(lián)的體系中，平臺解決方案可用于實現(xiàn)低成本網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)據(jù)的自主管理和商品資產(chǎn)化的增值服務，從而衍生出新型的商業(yè)形態(tài)，如：金融服務和保險、新制造業(yè)和零售、智慧城市與交通、智慧家居和能源、環(huán)境檢測與保護、個性化服務、共享經(jīng)濟等。

參考文獻（References）：

[1] 邵燕.互聯(lián)網(wǎng)金融交易中的消費者風險及對策[J].現(xiàn)代經(jīng)濟

探討，2016.4：39-43

[2] 郭艷，王立榮，韓燕.金融市場中的區(qū)塊鏈技術：場景應用與價

值展望[J].技術經(jīng)濟，2017.7：110-116

[3] 溫曉樺.區(qū)塊鏈-金融場景應用[J].金融博覽（財富），2016.11：

38-41

[4] 超級賬本Fabric的架構與設計[EB/OL].2017 [2017-9-7].

http：//blog.csdn.net/

[5] Hyperledger[EB/OL]. 2017[2017-01-17]. https：//www.

hyperledger.org/endprint