共识算法 SOLO kafka(cft) FBFT 节点数 1 2f+1 3f+1 错误节点容忍不容忍最多 1/2 个 crash 节点最多 1/3 个拜占庭错误节点交易性能一般 TPS 2000+TPS 快速拜占庭容错算法 (Fast Byzantine Fault Tole

Size: px

Start display at page:

Download "共识算法 SOLO kafka(cft) FBFT 节点数 1 2f+1 3f+1 错误节点容忍不容忍最多 1/2 个 crash 节点最多 1/3 个拜占庭错误节点交易性能一般 TPS 2000+TPS 快速拜占庭容错算法 (Fast Byzantine Fault Tole"

滚伺蒲
5 years ago
Views:

1 共识算法 SOLO kafka(cft) FBFT 节点数 1 2f+1 3f+1 错误节点容忍不容忍最多 1/2 个 crash 节点最多 1/3 个拜占庭错误节点交易性能一般 TPS 2000+TPS 快速拜占庭容错算法 (Fast Byzantine Fault Tolerance ) 从节点将消息发送给主节点主节点对交易进行验证每个节点收到 2f 个准备消息后对交易进行验证从节点收到 2f+1 个 commit 后进行写区块

u 简单易用 5 分钟完成区块链配置部署, 相对于自建节约 80% 开发部署时间和成本开发测试部署管理和监控全覆盖同时支持联盟链和私有链和华为云其他服务打通 u 高可用 u 高性能动态邀请联盟成员, 快速组建联盟链按需付费节点弹性伸缩, 故障自动恢复可扩展海量弹性文件存储共享账本支持 SQL 访问和存储共享账本支持 Go,Java 等多语言智能合约

2 u 简单易用 5 分钟完成区块链配置部署, 相对于自建节约 80% 开发部署时间和成本开发测试部署管理和监控全覆盖同时支持联盟链和私有链和华为云其他服务打通 u 高可用 u 高性能动态邀请联盟成员, 快速组建联盟链按需付费节点弹性伸缩, 故障自动恢复可扩展海量弹性文件存储共享账本支持 SQL 访问和存储共享账本支持 Go,Java 等多语言智能合约秒级共识多种高效共识算法可选 (kafka, FBFT) 交易性能 TPS 电信级网络, 系统延时小于 300 毫秒 u 高安全华为云安全立体安全防护多级加密 : 签名通道内容支持国密加法同态保护数据隐私零知识证明保护用户隐私 u 全球部署支持华为云大陆和香港站点部署规划和合营云全球公有云部署区块链 ( 德电法电等 ) 和私有云结合形成混合部署

3 目录 1. 区块链介绍及选型说明 2. 华为平台架构及使用介绍 3. 分布式系统共识问题 4. 密码学以及安全技术

4 共识机制概览区块链共识改进思路工作量证明机制 (PoW) 股权证明机制 (PoS) 权威证明机制 (PoA) 证明类共识机制结合的共识机制投票类共识机制不考虑拜占庭容错 (Paxos/RAFT) 考虑拜占庭容错 (BFT)

5 一致性问题什么是拜占庭问题? N > 3f+1 共识算法 FLP 不可能原理

6 工作量证明机制 (PoW) 股权证明机制 (PoS) 权威证明机制 PoA- Clique

7 经典 Paxos 投票类共识机制不考虑拜占庭 (RAFT) 拜占庭容错机制 (PBFT) 拜占庭容错机制 ( 其他 BFT 类 )

8 原理理 VRF 函数的特点优点缺点节点先通过 VRF 算法选举出一批节点作为 committee 成员节点, 这些节点会通过 BFT 共识后确认一个最终一致性的结果, 最后通过 gossip 广播将区块分发给所有节点选举结果不不可预知性 ; 选举结果数量量确定性没有分叉 ; 防止节点作恶 ; 具有很好的可扩展性缺乏算法完备性 ; 相对高的延迟

9 共识算法名称中心化延时 / 吞吐量量一致性适用区块链场景备注实用拜占庭容错 (PBFT) 部分去中心化, 预设了了决策角色 ( 无 Leader) 低 / 较高最终收敛 N/A 后面所有协议本质上都是拜占庭容错的改进几位将军如何在有一定数量量个叛徒的条件下达成一致决策, 即分布式系统如何在部分信任环境下如果取得状态一致 Paxos/Raft Paxos 允许有多个 Leader,Raft 有单一 Leader 低 / 高最终收敛私有链信任度高的联盟链简化了了拜占庭将军问题, 排除拜占庭节点的存在, 仅考虑节点之间由于网络中断系统崩溃等原因导致无法正常沟通时的状态一致性问题工作量量证明 Proof-of- Work(PoW) 完全去中心化高 / 低依概率收敛公有链首个在完全不不信任的网络环境中可以达成状态一致的共识算法 ; 需要消耗大量量的计算资源, 安全性依赖网络中诚实节点的计算资源总和股权持有证明 Proof-of- Stake(PoS) 持有更更多股份者有较大权利利, 可能有中心化倾向中 / 依赖实现依赖实现公有链联盟链克服了了 PoW 浪费大量量算力力的缺点 PoS 的基本原理理是将区块链系统内用户的一部分资源作为其信用的凭证, 让其在一致性决策时拥有较大的话语权例例如和 PoW 结合可以依据资产降低挖矿难度 ; 或者由资产最多的用户选择 100 位其它用户作为代表决策投票 ; 或每若干块由持股人投票持久化分支 ; 设计时考虑需短程攻击长程攻击无成本作恶等问题典型改进协议 (Ripple Stellar Tendermint 等 ) 依赖实现低 / 高最终收敛联盟链 Ripple 是拜占庭容错的一个实现, 每个节点可以按照规则信任其它节点, 每个共识周期中对尚未确认的 Tx 进行行多轮投票来决定是否将其永久记录 ;Tendermint 可以看作是 PoS 和 PBFT 的结合 ; Stellar 恒星协议是提供了了更更灵活信任容忍度的经典 PBFT 改进方案 Intel PoET (Elapse Time) 去中心化低 / 高最终收敛联盟链使用 Intel 的可信执行行环境 (TEE), 根据芯片产生的等待时间随机产生 Leader, 生成新的 Block; 所有节点必须使用 Intel 的芯片

10 快速拜占庭容错算法 (Fast Byzantine Fault Tolerance ) 从节点将消息发送给主节点主节点对交易进行验证每个节点收到 2f 个准备消息后对交易进行验证从节点收到 2f+1 个 commit 后进行写区块

11 目录 1. 区块链介绍及选型说明 2. 华为平台架构及使用介绍 3. 分布式系统共识问题 4. 密码学以及安全技术

哈希算法 (Hash) 一段数字内容的 Hash 可以用于验证数据的完整性数字内容的微小修改都会引起 Hash 值的巨大变化合格的 Hash 算法很容易由数字内得到 Hash 值, 却几乎不可能通过 Hash 值反算出原数字内容公私钥体系 (PKI) 公私钥体系是现在加密通讯的基石, 通过加密算法随机生成公私钥对, 一般私钥需要在用户手中绝对安全保存, 保证只有用户才能接触到,

12 哈希算法 (Hash) 一段数字内容的 Hash 可以用于验证数据的完整性数字内容的微小修改都会引起 Hash 值的巨大变化合格的 Hash 算法很容易由数字内得到 Hash 值, 却几乎不可能通过 Hash 值反算出原数字内容公私钥体系 (PKI) 公私钥体系是现在加密通讯的基石, 通过加密算法随机生成公私钥对, 一般私钥需要在用户手中绝对安全保存, 保证只有用户才能接触到, 公钥可以对外公开可靠的加密算法可以保证任何人无法通过公钥计算出其对应的私钥基于 PKI 的加密 (Encryption) 加密一般是指向特定用户发送加密内容, 保证只有接收方才能解密原内容具体地, 发送方用接收方的公钥加密原内容, 得到密文, 将密文发送给接收方, 接收方用自己的私钥便可由密文解密 (Decryption) 出原内容基于 PKI 的签名 (Signature) 签名用于他人验证消息内容确实来自声明的内容发送者具体地, 内容发送者发送一段明文, 并将明文的 Hash 用自己的私钥加密, 生成签名任何接收方收到明文后, 同样对明文进行 Hash, 然后用发送者的公钥解密签名, 将得到的数据与自己对明文 Hash 的结果对比如果一致, 则可以证明消息确实是该公钥对应的私钥持有者发出的

13 国密算法应用 Peer (Endorser/commiter) Orderer Orderer Peer (Endorser/commiter) 应用身份服务 Peer (Endorser/commiter) Orderer Orderer 应用 Peer (Endorser/commiter) 应用 peers peer0.org1.example.com msp admincerts cacerts ca.org1.example.com-cert.pem keystore aeddeddd3f2e9cff9df633ebb1f94593c1af5889a0fa3ff2dc18b c06_sk e793df0a0c15141f643f7dd28fa53ef f647f2740d52b88958e7b2f2d7_sk signcerts peer0.org1.example.com-cert.pem tlscacerts tlsca.org1.example.com-cert.pem tls ca.crt server.crt server.key peer1.org1.example.com msp admincerts cacerts ca.org1.example.com-cert.pem keystore 2382e79a6a b1b8c4fd058fcfdcde3fc2aff4453d524fc9e2bd7cf3b3_sk 51c4a538ef160f608af ac7e f14ef4c1c563f8775e181da_sk signcerts peer1.org1.example.com-cert.pem tlscacerts tlsca.org1.example.com-cert.pem tls ca.crt server.crt server.key SM1: 为对称加密其加密强度与 AES 相当该算法不公开, 调用该算法时, 需要通过加密芯片的接口进行调用 SM2: 为非对称加密, 基于 ECC 该算法已公开由于该算法基于 ECC, 故其签名速度与秘钥生成速度都快于 RSA ECC 256 位 (SM2 采用的就是 ECC 256 位的一种 ) 安全强度比 RSA 2048 位高, 但运算速度快于 RSA SM3: 消息摘要可以用 MD5 作为对比理解该算法已公开校验结果为 256 位 SM4: 无线局域网标准的分组数据算法对称加密, 密钥长度和分组长度均为 128 位

当前余额 *** 元交易后余额 ***+***=*** 元区块链网络 1 交易 A 转账 10 元 B 现状 1 交易 A 转账 *** 元 B 同态加密明文操作 :

14 同态加密问题 :A 向 B 转账 10 元, 需要区块链节点记账, 但是不想让区块链节点知道交易金额以及最新余额 2 区块节点计算 A: 当前余额 100 元交易后余额 =90 元 B: 当前余额 50 元交易后余额 50+10=60 元区块链网络 2 区块节点计算 A: 当前余额 *** 元交易后余额 ***-***=*** 元 B: 当前余额 *** 元交易后余额 ***+***=*** 元区块链网络 1 交易 A 转账 10 元 B 现状 1 交易 A 转账 *** 元 B 同态加密明文操作 : 加法同态加密 : 当前余额转账金额交易余额 E( 当前余额 ) - = E( 转账金额 ) E( 交易余额 ) 挑战 : 如何解决区块链技术应用的隐私和可用性? 方案 : 引入同态加密 ( 解决隐私问题 )

15 我们提供客户端 SDK 库和 Chaincode 库, 该库主要用于交易类的密文运算服务, 达到用户交易的隐私保护 SDK 库 : 用于在 client 端提供加法同态功能和生成交易金额的证明信息同态加密链代码 IDChaincode.go: 在同态加密的场景下, 用户在部署应用前需要下载安装并且实例化此链代码至区块链服务 Chaincode 库 : 提供零知识证明功能, 用于在密文条件下, 校验用户交易的证明, 并生成交易后的数据, 使背书者无需解密用户交易的数据, 达到余额范围的判断 example

16 为用户生成一对同态公私钥 privkeystr, pubkeystr, err := pswapi_sdk.generatekey(propwd) check(err) fmt.println("key is nil") userdata.pubkey = pubkeystruserdata.prikey = privkeystr 注册公钥 res, err := sdk_client.invoke(setup, "Register", [][]byte{[]byte(userdata.pubkey), []byte(senderaddr)}) if err!= nil { fmt.println("fail to register user pk ", err.error()) } else { addrbyte := res[0].proposalresponse.getresponse().payload fmt.println("register addr: ", string(addrbyte)) 注册初始余额 balanceinfo, err := pswapi_sdk.initbalance(initbalance, userdata.pubkey) check(err) setup.chaincodeid = txchaincode _, err = sdk_client.invoke(setup, "init", [][]byte{[]byte(userdata.pubkey), []byte(balanceinfo)}) if err!= nil { fmt.println("register error for user: ", senderaddr, err.error()) } else { fmt.println("init balance successfully: ", senderaddr) } check(err) 查询代码 balanceinfo,err:=pswapi_sdk.initbalance(balance,userdata.pubkey) check(err) setup.chaincodeid = "TxChaincode" _, err = sdk_client.invoke(setup, "init", [][]byte{[]byte(userdata.pubkey), []byte(balanceinfo)}) if err!= nil { fmt.println("register error for user: ", senderaddr, err.error()) } else { fmt.println("register success: ", senderaddr, "->", string(userdata.pubkey)) }

17 更大的吞吐量跨链对接同步接口及低时延支持复杂的查询功能隐私保护更灵活的节点管理

共识算法 SOLO kafka(cft) FBFT 节点数 1 2f+1 3f+1 错误节点容忍 不容忍 最多 1/2 个 crash 节点 最多 1/3 个拜占庭错误节点 交易性能 一般 TPS 2000+TPS 快速拜占庭容错算法 (Fast Byzantine Fault Tole

共识算法 SOLO kafka(cft) FBFT 节点数 1 2f+1 3f+1 错误节点容忍不容忍最多 1/2 个 crash 节点最多 1/3 个拜占庭错误节点交易性能一般 TPS 2000+TPS 快速拜占庭容错算法 (Fast Byzantine Fault Tole