Hyperledger Fabric数据存储结构

Hyperledger Fabric数据存储结构

概述

Hyperledger Fabric支持多链。每个链对应一套账本。所以区块链每个peer节点会维护多套账本。每个超级账本包含以下元素：

• 账本编号：快速查询存在哪些账本
• 账本数据：实际的区块数据存储
• 区块索引：快速查询区块／交易
• 状态数据：最新的世界状态数据
• 历史数据：跟踪键的历史

每个peer节点会维护4个DB，它们分别是：

• idStore，存储chainID。用户快速查询节点存在哪些账本
• stateDB，存储world state(默认为LevelDB，可替换为CouchDB)
• historyDB，存储stateDB的key的版本变化
• blockIndex，存储区块文件索引

如下图：（因只展示了单链的数据存储情况，故idStore未在图中展示）

fabric db.png

其中，世界状态和账本数据是两个账本最重要的组成部分。

ledger.png

账本编号（LedgerId）

账本编号的数据存储在LevelDB数据库中，只是记录了有哪些账本，创建新的账本会检查是否有相同的账本编号存在，保证了全局唯一性。账本编号库并不存储与区块相关的数据。

账本数据（Ledger）

账本数据是以二进制文件的形式存储的，每个账本数据存储在不同的目录下。账本数据的所有操作都是通过区块文件管理器（blockfileMgr）实现的。区块文件管理器创建的文件以“blockfile_”为前缀，6位数字为后缀，后缀必须是从小到大连续的数字，中间不能有缺失。默认的区块文件大小上限是64M（目前这个大小是硬编码在代码中的），一个账本能保存最大数据量大概是61TB。
下图是区块账本数据的结构：

ledgerdata.png

• 信息描述：B代表区块链账本数据。其中B0为创世区块，其中包含了区块头H0，区块数据D0（因为是创世区块，区块数据里不包含交易数据），区块元数据M0。区块B1区块头H1，其中包含了前一个区块B0的加密hash和本身区块的加密hash。

区块（Block）

block.png

每个区块包含三个部分。

区块头（Block Header）

区块数（Block Number）：一个从0（创世区块）开始的整数，并且对于附加到区块链的每个新块增加1。
当前区块hash（Current Block Hash）：当前区块中包含的所有交易的hash。
前一区块hash（Previous Block Hash）：前一个区块的hash。

区块数据（Block Data）

区块数据包含了一组交易，交易在区块创建时写入。

区块元数据（Block Matadata）

元数据包含了区块创建时间，写入程序的证书，公钥和签名。

交易（transaction）

transaction.png

交易头（Header）

交易头中包含了一些重要的交易元数据，例如链码的名称、版本。

签名（Signature）

包含由application创建的加密签名。它是由application的私钥生成的。用于检查交易有没有被篡改。

交易提案（Proposal）

包含了由application生成的交易请求参数。

交易提案返回（Response）

包含了由背书节点返回的模拟执行结果（读写集RWset）。这是链码的输出，如果交易验证通过，这些数据会被用于更新世界状态。

背书（Endorsements）

包含了交易的背书。一个返回对应多个背书。

区块索引（Block Index）

Hyperledger Fabric提供了多种区块索引的方式，以便能快速找到区块。索引的内容是文件位置指针（File Location Pointer）。文件位置指针由三个部分组成：所在文件的编号（fileSuffixNum）、文件内的偏移量（offset）、区块占用的字节数（bytesLength）。

状态数据（State Database）

状态数据（state database）记录的是交易执行的结果，最新的状态代表了通道（channel）上所有键的最新值，所以又称为“世界状态”。状态数据库目前支持LevelDB和CouchDB。

• LevelDB（默认的KV数据库）：支持键的查询，组合键的查询、范围键的查询。
• CouchDB（可选的KV数据库）：支持键的查询、组合件的查询，还有复杂的查询。

不同账本的状态数据库存放在不同的目录下，不同链码的数据是按链码编号（chaincodeID）作为命名空间来划分数据。

状态数据库的基本操作是基于键值对的管理。读取状态数据的时候不用指定版本，读取到的状态数据是某个时刻最新的版本，返回的数据包含版本和数据两个部分。

worldStatus.png

• 信息描述：状态数据库W包含两条数据。第一条，key=CAR1，value=Audi，版本=0.第二条，key=CAR2，value为一条复杂json表达式，版本也是0.

上述图片描述了世界状态数据库的基本存储结构。当发生交易后，改变数据内容，并变更版本号。

历史数据（History Database）

历史数据记录了每个状态数据的历史信息，历史信息是保存在LevelDB数据库中的。