Hyperledger Fabric从源码分析系统链码

系统链码简介

在 Fabric 中，有一些链码是比较特殊的，叫系统链码。它们作为peer进程的一部分运行，而不是像用户链码一样运行在独立的 docker 容器中。因此它们有更高的权限来访问 peer 中的资源来实现用户链码难以实现或者不能实现的功能。

在 Fabric 1.4 版本之前，总共有五种系统链码，它们分别是：

Life Cycle System Chaincode (LSCC)：生命周期系统链码
Configuration System Chaincode (CSCC)：配置系统链码
Query System Chaincode (QSCC)：查询系统链码
Endorser System Chaincode (ESCC)：背书系统链码
Validator System Chaincode (VSCC)：验证系统链码

在我学习的过程中都是按照 Fabric 1.4 版本的源码及资料学习的，在 1.4 版本中，官方文档明确表示，当前现有只支持 LSCC、CSCC、QSCC 三种链码，而 ESCC 与 VSCC 则是被可插拔背书和验证方法所取代，具体的描述文档可以参考官方文档——可插拔交易背书与交易验证，主要是是因为在某些情况下，用户需要自定义背书与验证的规则。

和用户链码不同的是，系统链码不使用 SDK 或 CLI 的提案安装和实例化。它在 peer 节点启动的时候注册和部署。

本篇文章将从源码角度，分析系统链码是如何在 peer 节点启动的时候就注册和部署的，并且它们主要对外主要提供了哪些方法。

注：本篇文章会着重分析 1.4 版本中支持的三种链码，对于 ESCC 与 VSCC 只会简单带过。

1. peer 节点如何完成系统链码的注册与部署

peer 节点是以 docker 容器的形式存在的，在容器启动是会执行 peer node start命令来启动 peer 节点，因此我们顺藤摸瓜就可以找到 peer 节点启动时的源码文件 —— peer/node/start.go

我把有关系统链码的部分贴出来，别的部分暂时先不关心。start 命令的主要入口函数就是 serve 函数。

func serve(args []string) error {
  //.................
  
	// Initialize chaincode service
	chaincodeSupport, ccp, sccp, packageProvider := startChaincodeServer(peerHost, aclProvider, pr, opsSystem)
	
  //.................
  
	// deploy system chaincodes
	sccp.DeploySysCCs("", ccp)
  
  //.................
}

在 serve 函数主要就是调用了一个 startChaincodeServer 函数，创建了我们关心的两个对象 ccp （ChainCodeProvider，链码提供者）和 sccp （system ChainCodeProvider，系统链码提供者），之后调用 sccp.DeploySysCCs 方法来部署系统链码。因此系统链码的安装和部署就完成了，我们主要关心的是创建了一个 sccp 对象，之后调用了 sccp 的 sccp.DeploySysCCs 方法部署系统链码。那么我们就先来关心一下 startChaincodeServer 函数中创建系统链码的部分。

// startChaincodeServer will finish chaincode related initialization, including:
// 1) setup local chaincode install path
// 2) create chaincode specific tls CA
// 3) start the chaincode specific gRPC listening service
func startChaincodeServer(
	peerHost string,
	aclProvider aclmgmt.ACLProvider,
	pr *platforms.Registry,
	ops *operations.System,
) (*chaincode.ChaincodeSupport, ccprovider.ChaincodeProvider, *scc.Provider, *persistence.PackageProvider) {
   //.................
  
  // 调用registerChaincodeSupport注册
chaincodeSupport, ccp, sccp := registerChaincodeSupport(
		ccSrv,
		ccEndpoint,
		ca,
		packageProvider,
		aclProvider,
		pr,
		lifecycleSCC,
		ops,
	)
}

//NOTE - when we implement JOIN we will no longer pass the chainID as param
//The chaincode support will come up without registering system chaincodes
//which will be registered only during join phase.
func registerChaincodeSupport(
	grpcServer *comm.GRPCServer,
	ccEndpoint string,
	ca tlsgen.CA,
	packageProvider *persistence.PackageProvider,
	aclProvider aclmgmt.ACLProvider,
	pr *platforms.Registry,
	lifecycleSCC *lifecycle.SCC,
	ops *operations.System,
) (*chaincode.ChaincodeSupport, ccprovider.ChaincodeProvider, *scc.Provider) {
  sccp := scc.NewProvider(peer.Default, peer.DefaultSupport, ipRegistry)
 	// 创建LSCC，CSCC，QSCC
  lsccInst := lscc.New(sccp, aclProvider, pr)
  // 创建chaincodeSupport
  chaincodeSupport := chaincode.NewChaincodeSupport(
		chaincode.GlobalConfig(),
		ccEndpoint,
		userRunsCC,
		ca.CertBytes(),
		authenticator,
		packageProvider,
		lsccInst,
		aclProvider,
		container.NewVMController(
			map[string]container.VMProvider{
				dockercontroller.ContainerType: dockerProvider,
				inproccontroller.ContainerType: ipRegistry,
			},
		),
		sccp,
		pr,
		peer.DefaultSupport,
		ops.Provider,
	)
	ipRegistry.ChaincodeSupport = chaincodeSupport
  // 创建chaincodeProvider
	ccp := chaincode.NewProvider(chaincodeSupport)
	
  // 创建 CSCC 与 QSCC
  csccInst := cscc.New(ccp, sccp, aclProvider)
	qsccInst := qscc.New(aclProvider)
  
  //Now that chaincode is initialized, register all system chaincodes.
  // CreatePluginSysCCs creates all of the system chaincodes which are compiled into fabric
	sccs := scc.CreatePluginSysCCs(sccp)
	for _, cc := range append([]scc.SelfDescribingSysCC{lsccInst, csccInst, qsccInst, lifecycleSCC}, sccs...) {
    // sccp 注册给定的系统链码
		sccp.RegisterSysCC(cc)
	}
}

在 startChaincodeServer 函数中调用了 registerChaincodeSupport 函数来创建 sccp 对象，在该函数中，分别创建了 LSCC，CSCC 与 QSCC，并在最后完成了系统链码的注册操作。具体注册的内容交给 sccp 的 RegisterSysCC 函数去做，本文就不再继续展开了，有兴趣的可以继续追踪源码下去阅读。

需要注意一点的是，在正式注册之前，还执行了一步 scc.CreatePluginSysCCs(sccp) 的操作，根据注释的意思是创建编译进 fabric 的系统链码。系统链码可以通过两种方式链接到 peer 节点：

静态连接
使用 GO 插件动态连接（plugin）

用户可以自定义一些系统插件，在这一步就会被注册并部署到系统插件中。具体的操作流程可以参考官方文档——系统链码插件。

介绍完了 peer 节点是如何注册系统链码并进行部署的，下面来看看各个链码具体都做了一些什么内容。

2. Life Cycle System Chaincode (LSCC)

LSCC 主要用于管理链码的生命周期，主要包括以下几种行为：

在 peer 上安装链码
在通道上部署和是升级链码
用户从运行中的链码获取信息

这一部分的源代码主要在这里—— core/scc/lscc/lscc.go

链码的具体调用是通过 Invoke 函数，并通过 Args 参数指定需要执行的函数。 LSCC 提供的主要函数都定义成了常量，我们来看下

const (
	// 安装链码，即 peer chaincode install 命令
	INSTALL = "install"

	// 部署链码，实例化链码，即 peer chaincode instantiate 命令
	DEPLOY = "deploy"

	// 升级链码，即 peer chaincode upgrade
	UPGRADE = "upgrade"

	// 获取合约ID
	CCEXISTS = "getid"
	
  // 以下就不一一解释了 =_=，都可以根据字面意思理解
  
	// CHAINCODEEXISTS get chaincode alias
	CHAINCODEEXISTS = "ChaincodeExists"

	// GETDEPSPEC get ChaincodeDeploymentSpec
	GETDEPSPEC = "getdepspec"

	// GETDEPLOYMENTSPEC get ChaincodeDeploymentSpec alias
	GETDEPLOYMENTSPEC = "GetDeploymentSpec"

	// GETCCDATA get ChaincodeData
	GETCCDATA = "getccdata"

	// GETCHAINCODEDATA get ChaincodeData alias
	GETCHAINCODEDATA = "GetChaincodeData"

	// GETCHAINCODES gets the instantiated chaincodes on a channel
	GETCHAINCODES = "getchaincodes"

	// GETCHAINCODESALIAS gets the instantiated chaincodes on a channel
	GETCHAINCODESALIAS = "GetChaincodes"

	// GETINSTALLEDCHAINCODES gets the installed chaincodes on a peer
	GETINSTALLEDCHAINCODES = "getinstalledchaincodes"

	// GETINSTALLEDCHAINCODESALIAS gets the installed chaincodes on a peer
	GETINSTALLEDCHAINCODESALIAS = "GetInstalledChaincodes"

	// GETCOLLECTIONSCONFIG gets the collections config for a chaincode
	GETCOLLECTIONSCONFIG = "GetCollectionsConfig"

	// GETCOLLECTIONSCONFIGALIAS gets the collections config for a chaincode
	GETCOLLECTIONSCONFIGALIAS = "getcollectionsconfig"
)

3. Configuration System Chaincode (CSCC)

CSCC 管理 peer 上通道相关的信息以及执行通道配置交易

这一部分的源代码主要在这里—— core/scc/cscc/configure.go

来看下它主要提供的方法：

const (
  // 让一个peer加入通道，即 peer channel join
	JoinChain                string = "JoinChain"
  // 获取给定通道的当前配置区块，即 peer channel fetch
	GetConfigBlock           string = "GetConfigBlock"
  // 获取peer当前所加入的通道，即 peer channel list
	GetChannels              string = "GetChannels"
  // 获取当前指定通道的配置信息
	GetConfigTree            string = "GetConfigTree"
  // 模拟执行config结构更新
	SimulateConfigTreeUpdate string = "SimulateConfigTreeUpdate"
)

如果要从一个通道添加或移除组织，必须获取通道配置（GetConfigTree）来进行修改，并调用 SimulateConfigTreeUpdate 模拟执行配置更新，必须获取 CSCC 的背书

4. Query System Chaincode (QSCC)

QSCC 将指定的方法暴露给用户，使得用户可以查询存储在账本（世界状态）中的信息。

这一部分的源代码主要在这里—— core/scc/qscc/query.go

来看下它主要提供的方法：

const (
  // 获取通道信息
	GetChainInfo       string = "GetChainInfo"
  // 通过区块高度查询区块
	GetBlockByNumber   string = "GetBlockByNumber"
  // 通过区块hash查询区块
	GetBlockByHash     string = "GetBlockByHash"
  // 通过交易ID查询交易
	GetTransactionByID string = "GetTransactionByID"
  // 通过交易ID查询区块
	GetBlockByTxID     string = "GetBlockByTxID"
)

5. Endorser System Chaincode (ESCC)

ESCC 被背书节点调用。背书节点在执行交易之后，将背书结果放在交易响应中。

Fabric 实现了默认的 DefaultEndorsementFactory 默认背书系统链码，具体实现在 core/handlers/endorsement/builtin/default_endorsement.go，根据官方文档说明，用户可以自定义背书链码—— 可插拔交易背书与交易验证

6. Validator System Chaincode (VSCC)

VSCC 被记账节点调用，来根据合约的背书策略验证每个交易的签名集合

Fabric 实现了默认的 DefaultValidation 默认验证系统链码，具体实现在 core/handlers/validation/builtin/default_validation.go，根据官方文档说明，用户可以自定义背书链码—— 可插拔交易背书与交易验证