生产级 BAAS 设计和实现 - Thu, May 13, 2021

HyperLeger Fabric 2.2 LTS

目前大部虽然众多云服务厂商已经对外提供了SaaS级别的HyperLedger Fabric服务，但要在私有云环境中构建自己的生产级别HyperLedger Fabric服务依然是非常复杂的事情。 目前网络上的HyperLedger Fabric教程多为入门级，都源自于 HyperLedger Fabric 文档中提供的测试网络（test-network）或已经在 v2.2中删除了的"构建您的第一个网络"(BYFN) 或者 minifabric 这类快速 HyperLedger Fabric 环境搭建工具。 进行的超级账本部署, 或是 HyperLedger Fabric 1.4 TLS 的Kubernetes部署方案 [2] 。

预备知识

Hyperledger Fabric 2.2 LTS（以下简称Fabric）是超级账本的最新长期支持版本。本文主要使用的工具包括Hyperledger Fabric 2.2 LTS、Kubernetes和Helm3。

Fabric 相关概念

Kubernetes 相关概念

Helm 相关概念

Helm是一个Kubernetes的包管理工具，用于简化部署和管理Kubernetes应用程序。它使用称为Chart的预定义模板来定义和配置Kubernetes资源。

SaaS 设计

在设计生产级BAAS服务时，采用SaaS（Software-as-a-Service）架构可以为用户提供一种灵活、可扩展和易于使用的区块链服务。以下是SaaS设计的关键方面：

  1. 多租户隔离：SaaS架构的多租户隔离是通过严格的逻辑和物理隔离来实现的。在逻辑隔离方面，每个租户都有自己的独立命名空间和权限控制机制，确保只有授权的用户能够访问其数据和交易。在物理隔离方面，使用虚拟化或容器化技术，每个租户的区块链网络运行在独立的虚拟机或容器中，彼此之间相互隔离，避免数据泄露和干扰。

  2. 可扩展性：SaaS架构通过使用云原生技术和弹性伸缩机制来实现可扩展性。根据用户的需求和负载情况，自动化的资源管理系统可以动态调整区块链网络的规模，增加或减少节点数量，以满足不同规模的用户需求。同时，使用负载均衡和自动容器调度等技术，确保资源的合理分配和高效利用，提供稳定的性能和可靠的服务。

  3. 弹性架构：SaaS架构的弹性架构设计旨在应对各种故障和异常情况。通过使用容错和冗余机制，例如使用多个可用区域的部署、备份节点和数据冗余，可以确保即使在单个节点或组件故障的情况下，服务仍然可用。自动化的故障检测和故障转移机制可以快速地发现故障并自动切换到备用节点，以减少服务中断时间和数据丢失风险。

  4. 多区域部署：SaaS架构支持在多个地理区域进行部署，以提供更好的性能和用户体验。通过在不同地理位置部署区块链节点和服务，可以降低网络延迟，提高数据传输速度，并提供更高的可用性和灾备能力。同时，跨区域的数据复制和备份机制可以确保数据的安全性和持久性。

  5. 安全性和隐私保护：SaaS架构采用多层次的安全措施来保护用户数据和交易的安全性。这包括使用加密通信协议保护数据传输，使用身份验证和授权机制确保只有合法用户能够访问数据，以及使用审计和监控工具来检测和响应安全事件。同时，采用隐私保护技术，例如数据脱敏和加密，在数据处理和存储过程中保护用户的隐私。

  6. 自助服务和管理：SaaS架构提供了易于使用的自助服务和管理功能，使用户能够轻松创建、配置和管理自己的区块链网络。通过直观的用户界面和自助式操作，用户可以注册账户、创建区块链网络、配置网络参数、管理身份和权限，并监控网络的运行状态。同时，提供详细的文档和在线支持，帮助用户解决问题和获取技术支持。

  7. 高性能和低延迟：SaaS架构通过优化网络拓扑、调整资源分配和使用高性能硬件来提供高性能和低延迟的区块链服务。通过使用高速网络连接和专用硬件加速器，可以提高数据传输速度和交易处理能力。同时，优化链码执行引擎和数据存储机制，以提高链码执行和查询的效率，实现快速的交易确认和数据检索。

  8. 可定制性和扩展性：SaaS架构提供可定制和扩展的功能，以满足不同用户的特定需求。通过提供灵活的配置选项和参数，用户可以根据自己的业务需求进行定制化设置，例如调整共识算法、数据存储方案和链码执行环境。同时，提供插件机制和开放的API接口，允许用户扩展和集成其他服务和功能，以满足特定的业务需求和集成要求。

SaaS 实现

环境准备

在进行SaaS实现之前，需要准备以下环境：

构建生产级HyperLedger Fabric网络

在搭建生产级HyperLedger Fabric网络之前，首先需要了解网络的组成要素和架构。一个典型的HyperLedger Fabric网络由以下组件组成：

  1. Orderer节点：负责维护全局共识和排序服务，确保交易的顺序和一致性。
  2. Peer节点：维护账本的副本，并执行链码以验证和提交交易。
  3. CA服务：负责颁发和管理网络中的证书，用于身份验证和交易授权。
  4. Chaincode链码：智能合约的实现，用于定义和执行业务逻辑。

根据您的需求和规模，您可以根据以下步骤来构建生产级HyperLedger Fabric网络：

  1. 部署Orderer节点：使用Kubernetes和Helm部署Orderer节点的集群。您可以根据网络规模和可用性需求选择适当的部署策略，例如使用StatefulSet或Deployment来管理Orderer节点。

  2. 部署Peer节点：使用Kubernetes和Helm部署Peer节点的集群。您可以根据网络规模和可用性需求选择适当的部署策略，例如使用StatefulSet或Deployment来管理Peer节点。

  3. 部署CA服务：使用Kubernetes和Helm部署CA服务。您可以选择使用HyperLedger Fabric提供的官方CA镜像或自定义镜像来部署CA服务。

  4. 安装和实例化Chaincode：使用Fabric提供的工具和命令行界面，将您的链码部署到Peer节点上，并实例化链码以启动业务逻辑。

  5. 配置网络连接和身份验证：根据您的网络拓扑和安全需求，配置Peer节点和应用程序的连接信息，并配置身份验证和授权策略。

  6. 监控和日志收集：使用Kubernetes的监控和日志收集工具，例如Prometheus和EFK（Elasticsearch, Fluentd, Kibana），对网络进行实时监控和日志收集。

  7. 实现高可用性和故障恢复：配置适当的备份和故障恢复策略，以确保网络的高可用性和容错性。

  8. 进行性能测试和优化：使用负载测试工具和性能分析工具，对网络进行性能测试和优化，以确保网络能够满足预期的吞吐量和延迟要求。

未来工作

尽管本文主要关注对生产级BAAS服务的云原生改造，但市场上大多数云服务提供商已经开放了更多实用的功能。未来的工作可以包括以下方面的改进和扩展：

  1. 多租户隔离： 在进一步改进多租户隔离的实现方面，我们致力于提供更细粒度的权限控制和数据隔离机制。通过引入更先进的技术和方法，我们将确保不同租户之间的数据和操作完全隔离，以保护其安全性和隐私。我们将实施更精确的权限管理，使租户能够根据其需求和角色来定义和控制访问权限。此外，我们还将优化数据隔离机制，确保租户之间的数据互不干扰，以提供更可靠的服务和更好的用户体验。

  2. 遥测监控： 为了进一步提升区块链网络的稳定性和可靠性，我们将引入更先进的遥测监控工具和技术。这些工具和技术将使我们能够实时监控区块链网络的各个方面，并自动化地进行故障排查和报警。通过实时监控，我们可以及时发现潜在的问题并采取相应的措施，以确保网络的正常运行。自动化报警系统将帮助我们快速响应并解决问题，从而减少网络故障对用户的影响。

  3. 日志收集： 我们将优化日志收集和存储方案，以提供更高效的日志检索和分析功能。通过改进日志收集的方法和技术，我们可以更准确地捕获和存储关键事件和操作的日志信息。同时，我们还将实施更强大的日志检索和分析工具，使用户能够更轻松地查询和分析日志数据。这将有助于快速定位问题、识别潜在的安全风险，并提供对网络性能和运行状况的深入了解。

  4. 不停机升级： 为了最大程度地减少对网络的中断和影响，我们正在研究和实现无缝升级的机制。这意味着我们将采取措施，以确保在进行系统升级或更新时，网络的正常运行不会受到任何中断。我们将通过引入容错和冗余机制，以及利用分布式系统的优势，实现平滑的升级过程。这将为用户提供更好的连续性和稳定性，同时减少升级过程中的风险和不确定性。

  5. 跨链： 我们正在研究和实现跨链技术，以实现不同区块链网络之间的互操作性和资产转移。通过跨链技术，不同的区块链网络可以相互连接和通信，实现数据和资产的跨链转移。这将为用户提供更大的灵活性和便利性，使他们能够在不同的区块链网络之间自由地转移和交换资产。我们将致力于开发安全可靠的跨链协议和机制，以确保跨链操作的安全性和可信度，为用户打造一个更加开放和互联的区块链生态系统。

参考资料