一种面向联盟链Hyperledger Fabric的并发冲突事务优化方法

随着区块链技术应用的普及,联盟链Hyperledger Fabric(简称Fabric)已成为知名区块链开源平台,并得到广泛关注.然而Fabric仍受困于并发事务间冲突问题,冲突发生时会引发大量无效交易上链,导致吞吐量下降,阻碍其发展.对于该问题,现有面向块内冲突的方案缺乏高效的冲突检测和避免方法,同时现有研究往往忽略区块间冲突对吞吐量的不利影响.提出了一种Fabric的优化方案Fabric-HT(fabric with high throughput),从区块内和区块间2方面入手,有效降低事务间并发冲突和提高系统吞吐量.针对区块内事务冲突,提出了一种事务调度机制,根据块内冲突事务集定义了一种高效数据结构——依赖关系链,识别具有“危险结构”的事务并提前中止,合理调度事务和消除冲突;针对区块间事务冲突,将冲突事务检测提前至排序节点完成,建立以“推送-匹配”为核心的冲突事务早期避免机制.在多场景下开展大量实验,结果表明Fabric-HT在吞吐量、事务中止率、事务平均执行时间、无效事务空间占用率等方面均优于对比方案.Fabric-HT吞吐量最高可达Fabric的9.51倍,是最新优化方案FabricSharp的1.18倍;空间利用率上相比FabricSharp提升了14%.此外,Fabric-HT也表现出较好的鲁棒性和抗攻击能力.

一个基于Hyperledger Fabric的供应链金融的区块链方案设计

区块链与供应链金融的双链融合为传统供应链金融提供了一种新的解决思路,区块链开源项目与区块链即服务(BaaS)为这种思路的落地提供了技术支持,利用开源项目Hyperledger模块化、插件化的特点,文章提出了一个基于Hyperledger Fabric的供应链金融的联盟链方案,分析了联盟链Hyperledger Fabric的关键技术基础,针对供应链金融中的应收账款融资给出了采用Hyperledger Fabric搭建联盟链的需求分析和总体规划。

基于Hyperledger Fabric框架区块链基础平台安全沙箱机制研究

区块链基础平台基于Hyperledger Fabric框架开发,主要包括智能合约、客户端、共识机制等。数据以沙箱方式传输到数据需求方,智能合约会根据指定策略控制沙箱的访问权限和时效性,阅后即焚,保障数据提供方的数据所有权。区块链基础平台可实现数据使用可溯、可管,采用原数据目录上链的形式进行数据共享,以智能合约定义数据使用规则,数据使用记录上链,全程记录数据调用信息,确保数据安全、不可篡改,数据可信、可追踪。

基于Hyperledger Fabric与星际文件系统相结合的数据存储框架

利用Hyperledger Fabric和星际文件系统设计了一种新的数据存储框架,使用Hyperledger Fabric的Level DB保存规模较小的状态数据,利用星际文件系统保存账本中大规模的交易数据,并改造了原来的数据存储和数据查询模块。新框架有效扩展了Hyperledger Fabric的存储能力,缓解了记账节点的数据膨胀问题。实验结果表明,新框架在保证安全性的前提下,增加了部分网络延迟,但相对于区块链存储的可扩展性而言,这个代价是可以接受的。

基于键值状态分片的HyperLedger Fabric性能优化

HyperLedger Fabric是受关注度较高的开源联盟区块链.针对现有区块链分片方法不适用于Fabric三阶段交易模型的问题和分片粒度过粗导致存在热点访问的问题,提出一种基于Fabric实现的细粒度键值状态分片方法.首先,详细设计了Fabric在键值状态分片下的跨片交易处理,引入跨分片排序节点和两阶段提交处理流程,高效保证跨片交易的一致性和原子性.然后,针对细粒度分片可能导致交易跨片概率上升进而影响性能的问题,提出启发式的交易提案路由表,旨在减少预执行阶段交易的跨片读数据请求,降低计算资源和网络资源的消耗.最后,在Fabric仿真系统上实现改进的分片方案并进行性能测试.实验结果表明,该方法在提升Fabric性能的基础上,有效解决了热点访问问题和高跨片交易占比下的性能下降问题.

基于Hyperledger Fabric的青海牦牛养殖溯源系统

青海省是我国牦牛生产和消费的大省,为了进一步提高牦牛养殖水平、保障人民饮食健康、加强牦牛产品监管,需要建立一套准确、高效的牦牛养殖溯源系统。现有的溯源系统存在着信息孤岛、信息失真、中心化严重、数据来源真实性等问题,根据区块链的去中心化、防篡改等特性,可以有效解决这些问题。本文结合区块链技术对传统溯源系统进行改进,研究出适用于牦牛养殖阶段的数据传输机制和管理养殖信息的智能合约,以保证信息在传输过程中的安全性、高效性。在此研究基础上,使用Hyperledger Fabric和Hyperledger Explorer技术设计并研发了一款基于区块链的青海牦牛养殖溯源系统,通过系统在牧场中的实际应用,完成系统的功能测试和性能测试,并验证了溯源系统的可行性和有效性。

基于Hyperledger Fabric的商品外包装设计产权保护模式

针对传统的中心化模式下外包装设计知识产权登记存在的数据易篡改、易泄露等安全问题和侵权问题,提出一种基于Hyperledger Fabric的商品外包装设计产权保护模式。以Hyperledger Fabric区块链为技术支撑,搭建去中心化、可溯源、内容不可篡改的联盟链网络,并融合星际文件系统(IPFS),提升区块链网络存储效能。同时运用所设计的多特征分层阈值检测的相似度鉴别算法模型,对商品外包装设计图像进行相似度检测。在保证设计作品原创性的前提下,调用智能合约对其进行上链确权,达到知识产权保护的目的。在包装企业、高校、研究机构等多方参与下应用此保护模式构建联盟链,对包装设计知识产权进行高效保护,这能促进包装设计产业健康发展。

Hyperledger Fabric共识机制优化

针对Hyperledger Fabric在背书服务阶段缺乏有效的安全防范措施问题,文章提出了基于背书节点行为的共识机制优化方案。首先,添加用于接收和处理背书行为信息的行为监测模块;其次,选取节点公钥和背书结果中读写集的哈希值作为反映节点身份及背书表现的行为信息;最后,分析和判定背书行为信息,通过判定结果动态调整各节点的能力值大小。实验结果表明,该方案通过检查节点能力值大小,及时发现系统中阻碍交易达成共识的作恶节点,提高区块链系统中交易成功的概率。

面向Hyperledger Fabric的SQL访问框架

区块链技术具有去中心化、不可篡改、可追溯等优势,已经在各领域得到广泛应用。但区块链作为一项前沿技术,存在开发难度大、学习成本高等问题,且大多数开发者更熟悉基于关系型数据库的应用开发方法,即通过SQL操作关系型数据库。Hyperledger Fabric是目前最为主流的区块链开发框架。针对此问题,文中提出了一种面向Hyperledger Fabric的SQL访问框架。首先,针对Fabric和SQL底层存储结构不一致的问题,定义了关系模型至键值模型的转换规则,实现了模型转换算法;然后,基于智能合约技术开发了SQL执行合约,实现了SQL语句向底层状态数据库CouchDB操作语句的自动转换,进而操作Fabric底层的数据;最后,从应用层开发的角度,设计了应用自动化重构工具,工具包含两个部分,分别是应用重构工具和区块链网络的交互中间件Fabric-Driver。实验结果表明,相比现有方案,使用所提框架开发区块链应用能节省82%左右的时间,且使用此框架降低的读写性能仅有5%左右。

基于负载均衡算法的Hyperledger Fabric共识机制研究

Hyperledger Fabric将业务逻辑解耦,在提升系统灵活性的同时存在性能瓶颈,无法满足高并发快响应的业务需求。通过对Hyperledger Fabric共识机制中的背书、排序、验证3个阶段进行分析,为均衡背书节点性能并提高系统效率,设计基于动态负载均衡算法的提案分发优化方案。综合均衡指数、反馈周期等性能指标,设计节点负载和节点权值量化方法。通过采集节点负载信息计算并选取合理的反馈周期和影响权重以更新节点权值,同时结合加权轮询算法将交易提案分发至当前权重最大的节点进行背书,实现背书节点负载的动态均衡。在Caliper工具上的测试结果表明,优化方案提升了Hyperledger Fabric共识机制的请求处理性能,相比于原始方案的链码交易和查询吞吐量提高了17.53%和15.84%,平均时延下降了6.7%和18.2%。

基于Hyperledger Fabric的畜禽产品区块链溯源系统架构研究

畜禽产品的生产流通过程往往需要众多养殖户、厂商的共同参与,因此传统的溯源系统架构存在的单一节点中心化存储、共享渠道匮乏、信息孤岛化等问题,极大地限制了溯源信息系统在畜禽产品流通领域的应用。本文以区块链技术为基础,针对畜禽产品溯源过程对数据不可篡改、电子合同和电子签名安全、信息共识和分布式存储等方面的要求,采用联盟链的实现方式,选用Hyperledger Fabric架构为畜禽产品的溯源设计了对应的区块链系统架构,并进行了技术实现,从而验证了区块链溯源技术在畜禽产品溯源过程中的有效性。

基于可验证延迟函数的Hyperledger Fabric背书策略优化方案

为了解决Hyperledger Fabric使用固定背书节点进行背书而引发的安全问题,提出了一种基于可验证延迟函数的Hyperledger Fabric背书策略优化方案.利用可验证延迟函数不可并行计算以及可高效验证的特点,设计了匿名化、随机化选取背书节点的Fabric交易模型,增强了Fabric交易背书的安全性.通过实验对比优化方案与原始方案,验证了优化方案在增强安全性的同时,在效率上也有一定的提升.

Hyperledger Fabric技术构建学习记录共享账本研究

为打破教育机构之间的壁垒,推进学习记录数据互认,搭建校企数据共享平台,采用虚拟机、Linux系统、Docker容器等软件架构运行环境,运用超级账本技术设计数据共享平台,通过Fabric网络搭建智能合约设计、安装、调用等步骤,进行学习记录共享账本构建模拟实验,实现了基于区块链技术的分布式学习记录数据库创建与查询。实验结果表明,超级账本作为区块链技术的重要分支,适用于学习记录数据共建共享领域,为教育大数据建设提供了一种全新的技术支持与设计思路。

Hyperledger Fabric区块链软件架构中的中间件设计

Hyperledger Fabric区块链系统涉及的技术多样且架构复杂,实际场景的应用软件开发难度较高。论文在传统的Fabric区块链架构基础上引入了中间件的概念,从而使区块链软件架构简单化,降低开发难度。分析了具有可复用性的中间件在Fabric系统中的作用。并依次给出了中间件区块与交易信息查询、用户连接、链代码调用功能模块的具体实现原理。

应用Hyperledger Fabric和物联网技术的农产品溯源系统设计

[目的]农产品作为国家战略资源,其质量安全备受大众关注,针对传统溯源系统存在数据存储中心化、共享信息不透明、安全性能不强等问题,本研究旨在为农产品复杂供应链提供溯源优化模型和平台,提升信息查询效率和安全性。[方法]本试验应用Hyperledger Fabric联盟链结合物联网技术设计出一种具备防篡改性、去中心化、可信度强、优于传统的农产品溯源系统,综合农产品全产业供应链环节的需求设计出3层系统架构,主要包含区块链层、物联网层及应用层。[结果]区块链层利用go语言制定相应的智能合约,并且采用链上CouchDB数据库存储账本信息和链下MySQL数据库存储管理信息的多级存储方式提升系统存储的可扩展性;物联网层应用STM32单片机结合多个传感器采集农作物种植环境信息并且将其集成在印制电路板上,减少人工干预,增加数据科学性;应用层主要采用Vue、Java、Html语言、RuoYi-Vue前端和SpringBoot后端分离框架设计出农产品溯源网页平台,包含原料生产、农户种植、加工仓储、物流运输以及分销批零环节,为用户提供数据上传、管理、分析、查询等服务。[结论]对整体系统的基础功能进行综合实验测试,构建包含5个关键环节的区块链组织,在网页平台中添加内蒙古燕谷坊燕麦胚芽米等现有产品,管理并追溯其基本信息,未出现试验错误,验证了整体方案具备可行性和实用性,能够为维护消费者权益和提升企业竞争力提供信息技术保障。

基于Hyperledger Fabric的汽车供应链系统的方案设计与性能分析

当前的汽车供应链体系一般采用中心化的管理模式,供应链中上下游企业间数据交互困难,信息不对称,因此造成了供应链运行效率低下。另外,信息的不透明也导致了供应链中的信任问题。为此,文中引入区块链技术,采用超级账本(Hyperledger Fabric)作为开发框架,设计了一个基于区块链的汽车供应链原型系统,旨在为多方企业提供安全可信的交易服务。该系统具备访问控制和数据透明、可追溯且不可篡改等特点,同时通过设计的多通道架构,实现了企业合作中的隐私隔离。文中使用docker技术构建了实验环境,对功能接口进行了测试,通过对原型系统吞吐量性能进行实验分析,验证了该原型系统的可行性。文中引入"区块链+"的模式为传统汽车供应链的升级与转型提供了新的思路。

基于Hyperledger Fabric的电子商务网站的设计与实现

本文为了有效解决传统电商平台自行存储和维护交易数据所产生信任问题,提高电商平台商品信息的真实性和客户在网上购物时的维权能力,设计实现了基于HyperledgerFabric的电子商务网站。用户通过网站与商家进行交易,交易的数据采用区块链存储,具有不可修改的高可信特性。交易数据都保存在区块链上,用于商业数据统计的信息也来源于区块链。相较于传统平台,实现的系统大幅提升了交易历史记录的可信程度,为买卖双方提供了较为客观的交易凭据。系统采用成熟的JSP和MySQL技术开发,可靠性高且易于实现,所使用的技术也可用于其它领域的区块链应用的网站的开发。

基于缓存机制的Hyperledger Fabric并发冲突检测方法

Hyperledger Fabric(Fabric)是一个受关注度较高的许可链平台,具有高度模块化、可定制化和可插拔的特点。针对Fabric在高并发的场景下会出现并发冲突导致交易无效的问题,提出一种冲突检测与处理的方法,即利用缓存交易写集的方式在执行阶段检测交易是否冲突,最大程度减小冲突交易在Fabric系统的资源消耗。实验结果表明,在具有冲突交易的场景下,提出的方法能降低平均交易时延,提高系统有效交易吞吐量;并且在没有冲突交易的情况下,不会明显降低性能。

Hyperledger Fabric中基于层级结构的公钥广播加密方案

针对Hyperledger Fabric联盟链的公开账本上的安全群组通信问题,基于Fabric通道中成员管理的层级结构,提出使用子集覆盖框架下的CS方法和IBE算法相结合的方式构造出适用于联盟链的公钥广播加密方案。该方案改进了CS方法原有的完全二叉树结构,依据Fabric通道内部的组织结构建立了具有层级结构的二叉树;采用类哈夫曼编码方式唯一标志各节点在二叉树中的位置以提高查询速度;引入预留节点和弃用节点,设计了相应的二叉树更新算法以实现成员的动态加入和退出。分析和测试结果表明,该方案为联盟链系统提供了一种高效、安全、细粒度的数据隐私保护方案。

Hyperledger Fabric平台的国密算法嵌入研究

Hyperledger Fabric是为企业级商用区块链项目提供支撑的且可扩展的联盟链平台,密码算法为该平台的核心,保证上链数据的安全和不可篡改,但原始Fabric平台缺乏对国密算法的支持。因此,设计并实现了Fabric平台的国密算法的嵌入和支持。首先,通过分析Fabric平台中组件间交互逻辑和密码算法的调用场景,提出了在该平台嵌入国密支持的设计思路;其次,基于同济开源国密实现源码,为Fabric平台BCCSP添加SM2、SM3和SM4算法模块与接口;再次,将Fabric平台的各组件上层应用的密码算法调用接口与对应国密算法接口相关联,实现上层应用对国密算法调用的支持;最后,通过创建fabric-gm联盟链测试实例验证Fabric平台中嵌入的国密算法模块和接口的正确性及有效性,并与原生Fabric平台镜像构建的测试实例进行了性能比较。实验结果表明,嵌入的国密算法模块和接口可用、正确且生成的国密证书有效,与原生Fabric平台镜像相比,网络启动时间增加3%,毫秒级单位下的交易时间开销增加1倍,动态证书生成时间增加9%,各项性能指标均在可接受范围内。