长安链ChainMaker的多链隔离设计

在联盟链场景，一般一个节点对应一个参与方，一条链对应一类业务。当一个参与方有多个业务要上链，就需要采用多链方式去部署，一方面可以复用节点，另一方面可以做到业务的隔离。

长安链支持多链方式部署。如果同一个节点属于不同的链，就需要做到不同链之间的数据隔离，多链的隔离可以是进程的隔离或者服务的隔离。

长安链中多链的隔离除了网络模块，其他的模块都采用了服务的隔离：也就是不同的链有着不同的账本、不同的共识模块、不同的权限控制模块、不同的虚拟机模块等。

P2P网络模块是长安链节点之间信息交互的媒介，在网络模块实现多链数据隔离，相当于在信息的传输层面实现多链数据之间的隔离。

长安链的P2P网络模块传输信息的方式主要有两种，一种是单播直发，另一种是广播。两者多链数据隔离的原理是相同的。如果两个节点之间需要交互，那么实际的网络连接是必须要存在的，多链的数据隔离并没有做在网络层面，而是逻辑上的隔离。怎么理解“逻辑上的隔离”呢？我们打个比方来说，A、B、C三地都是快递中转站，A地只接收顺丰快递，B地只接收京东快递，C地既接收顺丰快递又接收京东快递，C地要想把快递分开处理有两个选择：一种是C地有两种快递不同的仓库，不同的工作人员，不同的运输体系，大家都互不影响，是真正的隔离；但这种方式投入较大，成本更高。而另一种方式是两种快递采用相同的仓库，相同的运输体系，只不过在快递到来之后，要做一个挑拣工作，如果快递是发往A地，就只需要把顺丰快递挑选出来后发送。前面所说的“逻辑上的隔离”就类似于第二种发快递的方式。

我们先来看一下长安链数据多链隔离的整体设计，如图：

图1

node1和node2节点属于链1（chain1），node3和node2节点属于链2（chain2）,也就是node2既属于chain1又属于chain2，这时候就需要chain1和chain2的数据隔离。

不同的链有属于自己的权限控制模块（AccessControl），权限控制模块主要的职责是校验节点的身份信息，也就是判断节点属不属于一条链，当两个节点之间建立网络连接时，需要经过TLS握手，两个节点在TLS握手过程中，节点会使用权限控制模块去校验对方节点的身份，如果节点自己本身就属于多条链，那么它会用每条链的权限控制模块依次去校验对方，只要对方属于某一条或多条链的合法成员，网络连接就会建立。

网络连接建立后，节点会根据权限控制模块的校验结果，将自己连接的节点所属于的链记录到自己本地，维护一个节点和链关系的列表。

我们从三个具体方面去看网络模块多链的隔离：

1.网络拓扑；

2.消息单播直发；

3.消息广播。

网络拓扑

长安链的P2P网络模块是具有节点发现功能的，一旦一个节点加入到长安链的区块链网络中，会被其他节点发现并尝试建立连接。例如下图：

图2

node1和node3虽然不在同一条链上，但是因为它们都与node2相连，就会通过节点发现功能彼此发现对方，这样两个节点就会产生建立连接的可能。两者在TLS握手时，node1属于chain1，便会使用chain1的AccessControl模块去校验node3的身份，node3属于chain2，便会使用chain2的AccessControl模块去校验node1的身份，最后结果是全部校验失败，因为node3并不属于chain1，而node1也不属于chain2，所以node1和node3并不能通过TLS握手，不能建立连接。

也就是说，当两个节点并没有共同参与的区块链时，他们的网络连接都不能够正常建立，也就做到了隔离。

消息单播直发

消息单播直发的主要分为两种情况。

第一，两个节点并没有共同参与的链。单播直发的前提条件是两个节点之间建立连接，如果两个节点并没有共同参与的链，他们的网络连接不能正常建立，也就不能做到直发消息，做到了隔离。

第二，节点参与了多条链，单播直发不同的链的消息怎么做到隔离？如下图：

图3

我们在每一个消息中增加了链ID的标识，当一个参与了chain1和chain2的节点，收到了一条消息，该节点从消息中取得消息所属的链ID标识，根据链ID标识，把消息分给该链的消息总线模块（msgbus），由消息总线模块再分发给该链的其他模块。

消息广播

长安链在P2P网络模块有两种不同的实现：libp2p和liquid。libp2p是基于开源的p2p网络项目libp2p的改造实现；liquid是我们自主研发的p2p网络实现。

两者在广播上多链隔离实现的原理其实是差不多的，如下图：

图4

当一个节点收到消息广播时，会将不同链的消息，根据自己本地维护的节点与链的关系列表，来判断该消息该转发给哪些节点。

例如，图里的node2收到一条chain1的消息，从node2维护的节点与链的关系列表可知，目前chain1的消息需要转发给node1，而node3不属于chain1，所以消息并不会转发给node3，也就做到了广播的多链隔离。

在具体实现上，libp2p和liquid稍有不同,原因是libp2p的广播模块（libp2p-pubsub）原本并没有实现数据广播的绝对隔离，而我们自研的liquid网络是有广播隔离功能的。

Libp2p本身没有广播的绝对隔离功能，也就是libp2p-pubsub在收到消息之后，理论上会广播给路由表中所有的节点，我们通过改造libp2p-pubsub的路由表，增加了一个白名单的功能，使其在广播时，只将消息转发给白名单里的节点，然后，每一个链都有自己的一个广播模块（libp2p-pubsub），每个广播模块的白名单里的节点都是属于该链的成员节点。这样就实现了消息只在链内隔离广播的功能。

Liquid是长安链团队自主研发，其本身就有广播隔离的功能。Liquid的广播模块路由表里的节点必须是注册了相同协议ID的节点，而该协议ID是根据链ID标识建立。也就是说，不同的链拥有不同的广播模块，每一个广播模块的路由表里的节点都只能是该链上的节点，因为只有该链上的节点才能根据链ID标识注册该广播协议，以此实现了消息只在链内隔离广播的功能。

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