Java开源区块链平台，可用于联盟链和私有链，不可用于公有链。每个节点都知道IP，并保持长时间的连接。共识机制采用PBFT。没有虚拟货币，可以用来存储各种类型的数据，不需要挖掘。它不仅可以用于书籍，也可以用于各种定制的存储需求。这个想法来自腾讯的trustsql。加密、公钥和私钥、网络模块、存储模块等。 　　

　　

　　原因 　　

　　

　　开发区块链，公司本来想用以太坊开发一个合同或者第三方平台，后来发现都不符合业务需求。原因很简单。以太坊、超级账本等平台都是用来共享账本的，有代币、挖矿等模块。我们需要的是几家公司组成联盟，见证并记录一些不可篡改的交互信息，比如A公司向B公司发送xxx请求，B公司响应某个东西。其实需要的是性能好的分布式数据库，不能像比特币一样10分钟就生成一个块。我们想要的是数据库的性能和区块链的一些功能。 　　

　　

　　 　　

　　

　　经过 　　

　　

　　该项目的研发工作于3月初开始，第一版于1月发布。主要包括存储模块、加密模块、网络通信、PBFT共识算法、公钥私钥、块内容分析。区块链的基本特征已经初步具备，但merkle树、智能合约等细节尚未到位。 　　

　　

　　希望大师不吝赐教，集思广益，提出意见或方案，做一个区块链平台项目，适合更多区块链场景，而不仅仅是书本和各种骗人的代币。 　　

　　

　　理想的区块链平台： 　　

　　

　　 　　

　　

　　项目说明 　　

　　

　　主要有存储模块、网络模块、PBFT共识算法、加密模块、分组分析和仓储等。 　　

　　

　　此项目属于“链”，而不是“货币”。不涉及虚拟货币和挖矿。 　　

　　

　　存储器模数 　　

　　

　　类似Sql的语句存储在块中。联盟预先设置了符合业务场景需求的数据库表结构，然后在表上设置各个节点的操作权限(添加、更新、删除)。未来每个节点可以根据自己允许的权限编写Sql语句，打包成块，在全网广播，等待全网验证签名、权限等信息的合法性。如果阻塞合法，则进入PBFT共识算法机制，各节点按照Preprepare、PrePrepare、commit等状态依次开始执行。直到2f 1提交，并开始在本地生成新的块。生成新块后，每个节点分析块的内容，并将其存储在仓库中。 　　

　　

　　场景更加广泛，可以设置不同的表结构或者多个表，从而完成每一类信息的存储。比如商品的可追溯性，从生产商、运输商、经销商、消费者等。可以在每个环节给某个商品添加信息。 　　

　　

　　RocksDB，键值数据库，用于存储。如果了解比特币的话，它用的是levelDB，也差不多。最近发现rocksDB在某些窗口下加载失败。也可以用levelDB代替，只需要修改那个DB，yml中的levelDB为true，db。RocksDB是假的。 　　

　　

　　 　　

　　

　　类似Sql的语句，比如ADD (add，delete，change)tableName ID(primary key)json(本记录的JSON)。 　　

　　

　　网络模块 　　

　　

　　在网络层，节点长时间互相连接，断开再重新连接，然后维持心跳包。网络框架使用的是t-io，这也是oschina的一个知名开源项目。T-io采用AIO模式，在大量长连接的情况下性能优异，资源占用少，具有群组的功能，特别适合多联盟链的SaaS平台。并包括心跳包、断线重连、重试等优秀功能。 　　

　　

　　在项目中，每个节点既是服务器又是客户端。作为服务器，它由其他N-1个节点连接，作为客户端，它连接到其他N-1个节点的服务器。对于同一个联盟，设置一个组，每次发送消息直接调用sendGroup方法。 　　

　　

　　共识模块PBFT 　　

　　

　　分布式一致性算法是分布式系统的核心，如Paxos、pbft、bft、raft、pow等。在区块链常见的有POW、POS、DPOS、pbft等。 　　

　　

　　比特币采用POW工作负载证明，需要大量资源进行哈希运算(挖矿)，挖矿者有权生成Block。其他人则通过选举投票来决定谁将产生这个区块。共同的特点是只有特定的节点才能生成块，然后广播给其他节点。 　　

　　

　　区块链分为以下三类： 　　

　　

　　私有链：这是指部署在企业内部的区块链应用，所有节点都可以信任； 　　

　　

　　联盟链：信任节点不对等的半封闭生态交易网络； 　　

　　

　　公链：开放生态的交易网络，为联盟链和私有链提供全球交易网络。 　　

　　

　　由于私有链是一个封闭的生态存储系统，类Paxos的一致算法(多数同意)可以达到最佳性能；联盟是半开放半开放的，所以 　　

拜占庭容错是适合选择之一，例如IBM超级账本项目；对于公有链来说，这种共识算法的要求已经超出了普通分布式系统构建的范畴，再加上交易的特性，因此需要引入更多的安全考虑。所以比特币的POW是个非常好的选择。

　　

我们这里可选的是raft和pbft，分别做私链和联盟链，项目中我使用了修改过的pbft共识算法。

　　

先来简单了解pbft：

　　

（1）从全网节点选举出一个主节点（Leader），新区块由主节点负责生成。

　　

（2）每个节点把客户端发来的交易向全网广播，主节点将从网络收集到需放在新区块内的多个交易排序后存入列表，并将该列表向全网广播。

　　

（3）每个节点接收到交易列表后，根据排序模拟执行这些交易。所有交易执行完后，基于交易结果计算新区块的哈希摘要，并向全网广播。

　　

（4）如果一个节点收到的2f（f为可容忍的拜占庭节点数）个其它节点发来的摘要都和自己相等，就向全网广播一条commit消息。

　　

（5）如果一个节点收到2f+1条（包括自己）commit消息，即可提交新区块到本地的区块链和状态数据库。

　　

可以看到，传统的pbft是需要先选举出leader的，然后由leader来搜集交易，并打包，然后广播出去。然后各个节点开始对新Block进行校验、投票、累积commit数量，最后落地。

　　

而我这里对pbft做了修改，这是一个联盟，各个节点是平等的，而且性能要高。所以我不想让每个节点都生成一个指令后，发给其他节点，再大家选举出一个节点来搜集网络上的指令组合再生成Block，太复杂了，而且又存在了leader节点的故障隐患。

　　

我对pbft的修改是，不需要选择leader，任何节点都可以构建Block，然后全网广播。其他节点收到该Block请求时即进入Pre-Prepare状态，校验格式、hash、签名、和table的权限，校验通过后，进入Prepare状态，并全网广播状态。待自己累积的各节点Prepare的数量大于2f+1时，进入commit状态，并全网广播该状态。待自己累积的各节点Commit的数量大于2f+1时，认为已达成共识，将Block加入区块链中，然后执行Block中sql语句。

　　

很明显，和有leader时相比，缺少了顺序的概念。有leader时能保证Block的顺序，当有并发生成Block的需求时，leader能按照顺序进行广播。譬如大家都已经到number=5的区块了，然后需要再生成2个，有leader时，则会按照6、7的顺序来生成。而没有leader时，则可能发生多节点同时生成6的情况。为了避免分叉，我做了一些处理，具体的可以在代码里看实现逻辑。

　　

区块信息查询

　　

各节点通过执行相同的sql来实现一个同步的sqlite数据库（或mysql等其他关系型数据库），将来对数据的查询都是直接查询sqlite，性能高于传统的区块链项目。

　　

由于各个节点都能生成Block，在高并发下会出现区块不一致的情况。如果因为某些原因导致链分叉了，也提供了回滚机制，sql可以回滚。原理也很简单，你ADD一个数据时，我会在区块里同时记录两个指令，一个是ADD，一个是回滚用的DELETE。同理，UPDATE时也会保存原来的旧数据。区块里的sql落地，譬如顺序执行1-10个指令，回滚时就是从10-1执行回滚指令。

　　

每个节点都会记录自己已经同步了的区块的值，以便随时进行sql落地入库。

　　

对区块链信息的查询，那就简单了，直接做数据库查询即可。相比于比特币需要检索整个区块链的索引树，速度和方便性就大不同了。

　　

简单使用说明

　　

使用方法：先下载md_blockchain_manager项目，然后导入工程里的sql数据库文件，修改application.yml数据库配置，最后启动manager项目。

　　

然后修改md_blockchain中application.yml里的name、appid和manager项目数据库里的某个值对应，作为一个节点。如果有多个节点，则某个节点都和数据库里对应，填写各节点的ip。managerUrl就是manager项目的url，让该项目能访问到manager项目。

　　

在md_blockchian项目启动时，在ClientStarter类中可见，启动时会从manager项目拉取所有节点的数据，并进行连接。如果自己的ip和appId等不在manager数据库中，则无法启动。

　　

可以通过访问localhost:8080/block?content=1来生成一个区块。正常使用时至少要启动4个节点才行，否则无法达成共识，PBFT要求2f+1个节点同意才能生成Block。为了方便测试，可以直接修改pbftSize的返回值为0，这样就能自己一个节点玩起来了。如果有多个节点，在生成Block后就会发现别的节点也会自动同步自己新生成的Block。目前代码里默认设置了一张表message，里面也只有一个字段content，相当于一个简单的区块链记事本。当有4个节点时，可以通过并发访问其中的几个来同时生成Block进行测试，看是否会分叉。还可以关停其中的一个，看其他的三个是否能达成共识（拜占庭最多容许f个节点故障，4个节点允许1个故障），恢复故障的那个，看是否能够同步其他正常节点的Block。可以进行各种测试，欢迎提bug。

　　

可以通过localhost:8080/block/sqlite来查看sqlite里存的数据，就是根据Block里的sql语句执行后的结果。

　　

我把项目部署到docker里了，共启动4个节点，如图：

　　

　　

manager就是md_blockchain_manager项目，主要功能就是提供联盟链内各节点ip和各节点的权限信息

　　

　　

四个节点ip都写死了，都启动后，它们会相互全部连接起来，并维持住长连接和心跳包，相互交换最新的Block信息。

　　

　　

我调用一下block项目的生成区块接口，http://ip:port/block?content=1，可以看到各节点投票及pbft的各状态

　　

　　

别的节点会是这样，收到block项目请求生成区块的请求、并开始校验，然后进入pbft的投票状态

　　

如果某节点断线了、或者是新加入的节点，从别的正常节点拉取新区块

　　

　　

此外还有高并发情况下，各节点同时生成Block，系统处理共识、保证区块链不分叉的一些测试。

　　

这个生成区块的接口是写好用来测试的，正常走的流程是调用instuction接口，先生产符合自己需求的指令，然后组合多个指令，调用BlockController里的生成区块接口。

　　

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