CN113050929A - 一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，包括将智能合约于区块链节点解耦，利用自动化工具完成区块链网络搭建以及智能合约的开发、交付以及监控，具体包括区块链网络管理模块、智能合约开发与交付模块、区块链运维模块。本发明提供的平台将传统的智能合约运行方式在保证运行无误的前提下进行改造,利用现有自动化工具对改造后的智能合约进行持续集成、持续部署与持续监控。降低Hyperledger Fabric新工具开发成本，为智能合约全生命周期管理提供支持。

Description

一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化 平台

技术领域

本发明涉及软件开发技术领域，具体为一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台。

背景技术

智能合约是运行在区块链上的一段程序代码，目前对于智能合约的开发属于全新的开发领域,业界没有形成标准的开发流程，且业界对于智能合约的部署研究探索较少，缺乏提高部署效率、缩短产品交付周期的有效工具与框架。

智能合约的部署通常采用纯手工或脚本方式，消耗大量时间成本,给智能合约的部署和升级带来了严重负担。集成开发环境对错误信息提示的支持较差，使得智能合约调试困难。工程师开发无漏洞智能合约具有挑战性，同时部署升级效率低下，使得无法及时更新链上存在漏洞的智能合约，这些漏洞一旦被利用就会给客户带来财产损失。

此外,当前系统缺乏一套涵盖不同层面的标准方法来监控区块链系统，尤其是智能合约层面。区块链系统业务逻辑中的请求、交易涉及多个智能合约，这些智能合约通常由多个团队开发。当出现问题或者性能不佳的时候,不仅执行过程无法中断而且缺乏错误日志，这使得开发人员很难从错综复杂的服务调用网络中找到问题根源,故障难以检测、定位和修复。

综上，智能合约学习使用门槛高、开发困难、部署效率低、监控标准不完善,严重限制区块链技术的推广使用和大规模落地。目前，亟需一体化、自动化的解决方案,据此本发明公开了一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于HyperledgerFabric的智能合约开发运维一体化平台，包括将智能合约于区块链节点解耦，利用自动化工具完成区块链网络搭建以及智能合约的开发、交付以及监控，进一步包括：

区块链网络管理模块，用于搭建多共识、多组织、多节点的区块链网络，所述区块链网络由区块链节点容器组成，具体为为用户提供Hyperledger Fabric的基础设计，开发联盟链应用，用于用户一站式快速搭建区块链网络，同时提供给用户Hyperledger Fabric区块链网络中的相关管理功能；

智能合约开发与交付模块，用于编写和调试智能合约，通过执行流水线完成智能合约容器构建以及自动化交付至所述区块链网络，即所述智能合约开发与交付模块还用于供用户本地生成智能合约模板、调试智能合约,同时为用户提供相关流水线，通过流水线的执行完成智能合约容器构建、部署、升级以及自动化交付；

区块链运维模块，用于监控所述区块链网络以及智能合约的运行，并收集区块链节点和智能合约的监控指标以及采集日志，所述区块链运维模块包含有指标监控功能，该功能在智能合约微服务运行时采用微服务领域监控手段，结合相关工具全面采集智能合约容器及下层网络节点的性能指标数据，提供一个标准和定制化的性能监控框架。

优选的，所述区块链网络管理模块包括：

网络管理单元，用于定制区块链网络规格、提供多种共识机制以及定制区块链节点名称与接口，用户在明确区块链业务需求及区块链网络的规模后对区块链网络进行配置和创建，组成区块链网络的区块链节点以容器方式部署于集群中，所述区块链网络的组成信息包括网络名称、组织名称、组织规模、组织Peer、组织Orderer节点数量、节点名称、节点端口以及共识机制；

通道管理单元，用于在不同组织之间创建和管理通道，即供用户创建区块链网络后，对所选的网络进行创建通道操作，所述通道的组成信息包含通道名称、网络ID以及通道包含的组织节点；

合约管理单元，用于在所述通道内部署、升级以及操作智能合约，部署升级智能合约包含合约名称、网络ID、通道ID、智能合约容器地址以及部署版本号的部署升级。对智能合约的操作类别包括Init方法和Invoke方法，通过Http请求得到操作结果。

优选的，所述智能合约开发与交付模块包括：

开发管理单元，用于在无需搭建区块链网络的前提下开发智能合约，包括智能合约代码生成、代码智能提示、模拟调用以及测试；

流水线管理单元，用于实现完整的持续集成和持续交付流程，自动化编排智能合约容器、测试智能合约以及部署智能合约。

优选的，所述开发管理单元进一步包括：

创建智能合约模板，即利用Freemarker模板技术生成初始智能合约；

编码提示，即利用自然语言处理模型实时给出代码提示；

合约测试，用于编写智能合约后完成接口模拟调用和测试；

代码推送，用于将编写完成的智能合约推送至代码管理仓库。

优选的，所述流水线管理单元进一步包括：

通过对接代码仓库完成智能合约代码仓库的拉取，通过镜像模板完成智能合约镜像构建，通过触发流水线将智能合约镜像部署至区块链网络，建立智能合约和区块链网络的通信，所述智能合约的部署独立于所述区块链网络。

优选的，所述触发流水线方式为手动触发，即手动点击启动智能合约的部署。

优选的，所述触发流水线方式为自动触发，即流水线绑定的智能合约仓库主分支在合并时触发流水线。

优选的，所述区块链运维模块包括：

指标监控单元，用于采集区块链网络和智能合约的性能指标,所述指标监控单元用于采集系统中每个事务的响应时间,包括平均响应时间、最大响应时间和最小响应时间，采集系统中每秒成功事务的数量,进行可视化展示，采集系统中成功交易数量与全部交易数量的比值,作为交易成功率指标进行展示，采集系统中各个节点的CPU、内存、磁盘和网络I/O资源消耗率进行展示；

日志收集单元，用于收集联盟链运行过程中产生的日志,即用于将微服务架构中收集日志的工具配置于区块链网络，供用户全面采集智能合约容器运行产生的日志，所述日志收集单元收集的数据包括运行智能合约容器的运行日志、记录容器的运行状态、出错信息，用户的交易行为、资金和资产流向及流通过程，可提高智能合约运行过程中对于日志的实时采集、分析、展示以及故障定位的能力。

优选的，所述智能合约与区块链节点利用远程过程调用(Remote ProcedureCall,简称RPC)进行通信，智能合约的容器化仅需完成自身业务功能，智能合约进行容器化编排后,对内封装编程语言,开发者可以自由选择编程语言，且集群层面的高可用性策略可以应用于区块链领域,增加区块链层面的的高可用性。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、本发明将智能合约容器化,具有以下优势：1)单一职责:每个智能合约容器仅需完成自身业务功能,智能合约独立开发、独立运营、独立部署、独立升级；

2)高可扩展性:智能合约进行容器化编排后,对内封装编程语言,开发者可以自由选择编程语言；对外暴露服务,当有新的智能合约需求或者对区块链网络要求升级时,仅需向集群内部增加新的智能合约或者网络节点容器；3)高可用性:集群层面的高可用性策略可以应用于区块链领域,增加区块链层面的的高可用性；

2、本发明结合Hyperledger Fabric以及Jenkins、Kubernetes、Prometheus等多种工具帮助用户搭建维护区块链网络、辅助完成智能合约全生命周期管理，包含智能合约的本地编写、调试、测试到自动化持续部署与交付以及交付后的监控运维。本发明提供的平台将传统的智能合约运行方式在保证运行无误的前提下进行改造,利用现有自动化工具对改造后的智能合约进行持续集成、持续部署与持续监控。降低Hyperledger Fabric新工具开发成本，为智能合约全生命周期管理提供支持。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例2起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台的流程图；

图2是本发明实施例2的区块链网络管理模块流程图；

图3是本发明实施例2的智能合约开发与交付模块流程图；

图4是本发明实施例2的区块链运维模块流程图；

图5是本发明实施例2的部署网络架构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本文使用术语“Hyperledger Fabric”。Hyperledger Fabric旨在作为开发模块化体系结构的区块链应用程序的基础，以便诸如共识和会员服务等组件可以即插即用。它使用容器技术来托管构成系统应用逻辑的智能合约(也称为链代码)。简而言之，HyperledgerFabric是为企业构建的领先的开源、通用区块链结构；

本文使用术语“Peer”，代表Peer节点，Peer节点是Hyeprledger HyperledgerFabric区块链结构中节点种类之一，Peer节点存储关键的数据，并且执行特定的程序。存储的数据包括账本、智能合约，执行的程序主要包括背书以及链码的执行。所有的账本查询以及账本修改必须通过链码来操作，所有的链码(就是智能合约)操作必须通过Peer节点在唤起；

本文使用术语“Orderer”，代表Orderer节点，Orderer节点是HyeprledgerHyperledger Fabric区块链结构中节点种类之一，Orderer节点是排序节点，是提供共识服务的网络节点，管理系统通道与所有应用通道，负责通道创建、通道配置更新等操作，并处理客户端提交的交易消息请求，对交易进行排序并按规则打包成新区块，提交账本并维护通道账本数据；

本文使用术语“智能合约”代表一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。本文中的智能合约在Hyperledger Fabric中又被称为Chaincode；

本文使用术语“Hyperledger Caliper”，Hyperledger Caliper是一个区块链性能测试框架，允许用户使用自定义用例测试不同的区块链解决方案，并获得一组性能测试结果；

本文使用的术语“持续集成/持续交付”，即CI/CD(Continuous Integration/Continuous Delivery)，持续集成是一种软件开发实践，是指开发阶段对项目进行持续性自动化编译、测试，以达到控制代码质量的手段；所述持续交付是一种软件工程手法，让软件产品的产出过程在一个短周期内完成，以保证软件可以稳定、持续的保持在随时可以释出的状况，它的目标在于让软件的开发、测试与释出变得更快以及更频繁，这种方式可以减少软件开发的成本与时间，同时减少软件开发需承担的风险；

本文使用术语“Kubernetes”，是用于自动部署、扩展和管理容器化应用程序的开源系统，旨在提供跨主机集群的自动部署、扩展以及运行应用程序容器的平台，Kubernetes在设计结构上定义了一系列的构建模块，其目的是为了提供一个可以共同提供部署、维护和扩展应用程序的机制，组成Kubernetes的组件设计概念为松耦合和可扩展的，这样可以使之满足多种不同的工作负载；

本文使用术语“Jenkins”，Jenkins提供了软件开发的持续集成服务,它运行在Servlet容器中支持软件配置管理(SCM)工具(包括AccuRev SCM、CVS、Subversion、Git、Perforce、Clearcase和RTC)，可以执行基于Apache Ant和Apache Maven的项目以及任意的Shell脚本和Windows批处理命令,并且可以通过各种手段触发构建；

本文使用术语“Prometheus”，Prometheus是由SoundCloud提出的开源监控告警解决方案，存储时序数据并进行展示。

实施例1：一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，包括将智能合约于区块链节点解耦，利用自动化工具完成区块链网络搭建以及智能合约的开发、交付以及监控，进一步包括：

区块链网络管理模块，用于搭建多共识、多组织、多节点的区块链网络，区块链网络由区块链节点容器组成，具体为为用户提供Hyperledger Fabric的基础设计，开发联盟链应用，用于用户一站式快速搭建区块链网络，同时提供给用户Hyperledger Fabric区块链网络中的相关管理功能；

智能合约开发与交付模块，用于编写和调试智能合约，通过执行流水线完成智能合约容器构建以及自动化交付至区块链网络，即智能合约开发与交付模块还用于供用户本地生成智能合约模板、调试智能合约,同时为用户提供相关流水线，通过流水线的执行完成智能合约容器构建、部署、升级以及自动化交付；

区块链运维模块，用于监控区块链网络以及智能合约的运行，并收集区块链节点和智能合约的监控指标以及采集日志，区块链运维模块包含有指标监控功能，该功能在智能合约微服务运行时采用微服务领域监控手段，结合相关工具全面采集智能合约容器及下层网络节点的性能指标数据，提供一个标准和定制化的性能监控框架。

区块链网络管理模块包括：

网络管理单元，用于定制区块链网络规格、提供多种共识机制以及定制区块链节点名称与接口，用户在明确区块链业务需求及区块链网络的规模后对区块链网络进行配置和创建，组成区块链网络的区块链节点以容器方式部署于集群中，区块链网络的组成信息包括网络名称、组织名称、组织规模、组织Peer、组织Orderer节点数量、节点名称、节点端口以及共识机制；

通道管理单元，用于在不同组织之间创建和管理通道，即供用户创建区块链网络后，对所选的网络进行创建通道操作，通道的组成信息包含通道名称、网络ID以及通道包含的组织节点；

合约管理单元，用于在通道内部署、升级以及操作智能合约，部署升级智能合约包含合约名称、网络ID、通道ID、智能合约容器地址以及部署版本号的部署升级。对智能合约的操作类别包括Init方法和Invoke方法，通过Http请求得到操作结果。

智能合约开发与交付模块包括：

开发管理单元，用于在无需搭建区块链网络的前提下开发智能合约，包括智能合约代码生成、代码智能提示、模拟调用以及测试；

流水线管理单元，用于实现完整的持续集成和持续交付流程，自动化编排智能合约容器、测试智能合约以及部署智能合约。

开发管理单元进一步包括：

创建智能合约模板，即利用Freemarker模板技术生成初始智能合约；

编码提示，即利用自然语言处理模型实时给出代码提示；

合约测试，用于编写智能合约后完成接口模拟调用和测试；

代码推送，用于将编写完成的智能合约推送至代码管理仓库。

流水线管理单元进一步包括：

通过对接代码仓库完成智能合约代码仓库的拉取，通过镜像模板完成智能合约镜像构建，通过触发流水线将智能合约镜像部署至区块链网络，建立智能合约和区块链网络的通信，智能合约的部署独立于区块链网络。

触发流水线方式为手动触发，即手动点击启动智能合约的部署。

触发流水线方式为自动触发，即流水线绑定的智能合约仓库主分支在合并时触发流水线。

区块链运维模块包括：

指标监控单元，用于采集区块链网络和智能合约的性能指标,指标监控单元用于采集系统中每个事务的响应时间,包括平均响应时间、最大响应时间和最小响应时间，采集系统中每秒成功事务的数量,进行可视化展示，采集系统中成功交易数量与全部交易数量的比值,作为交易成功率指标进行展示，采集系统中各个节点的CPU、内存、磁盘和网络I/O资源消耗率进行展示；

日志收集单元，用于收集联盟链运行过程中产生的日志,即用于将微服务架构中收集日志的工具配置于区块链网络，供用户全面采集智能合约容器运行产生的日志，日志收集单元收集的数据包括运行智能合约容器的运行日志、记录容器的运行状态、出错信息，用户的交易行为、资金和资产流向及流通过程，可提高智能合约运行过程中对于日志的实时采集、分析、展示以及故障定位的能力。

智能合约与区块链节点利用远程过程调用(Remote Procedure Call,简称RPC)进行通信，智能合约的容器化仅需完成自身业务功能，智能合约进行容器化编排后,对内封装编程语言,开发者可以自由选择编程语言，且集群层面的高可用性策略可以应用于区块链领域,增加区块链层面的的高可用性。

实施例2：请参阅图1，本实施例的技术方案提出了一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，该平台以用户为主体，为用户搭建区块链网络以及开发智能合约提供便捷，部署完成的实施例网络架构如图5所示，具体搭建过程包括如下步骤：

步骤S100，对应用区块链技术的场景进行分析，区分链上业务与链下业务，对智能合约和微服务进行划分，创建区块链网络和通道，进行合约管理。

如图2所示，步骤S100具体包括步骤：

步骤S101，全方位分析应用场景，将应用场景划分为链上和链下业务；

步骤S102，搭建区块链网络，配置网络名称、组织名称、组织规模、组织Peer、组织Orderer节点数量、节点名称、节点端口以及共识机制；

步骤S103，创建通道，配置通道名称、网络ID、通道包含的组织节点；

步骤S104，部署、升级智能将合约，配置合约名称、网络ID、通道ID、智能合约容器地址以及部署版本号；

步骤S105，操作智能合约，输入智能合约方法名称、类别、参数，返回调用结果。

步骤S200,项目开发，为代码仓库中业务代码创建流水线，通过流水线的执行完成项目开发以及自动化交付，根据业务需求创建代码仓库，可以将编写的智能合约进行开源，帮助开发团队其他成员了解工作内容；通过流水线的执行完成智能合约的开发以及自动化交付，具体步骤如下：

如图3所示，步骤S200具体包括步骤：

步骤S201，在代码托管平台创建代码仓库；

步骤S202，创建智能合约模板，编写调试智能合约，进行智能合约接口模拟调用测试其功能；

步骤S203，将编写、测试完成的智能合约推送至代码管理仓库；

步骤S204，创建流水线，设置流水线触发方式，其中触发方式有：手动触发、自动触发。手动触发流水线，用于手动点击启动微服务的部署；自动触发启动流水线，用于流水线绑定的代码仓库主分支有合并时触发流水线；

步骤S205，在流水线上配置智能合约代码仓库地址；

步骤S206，在流水线上配置智能合约测试方式及其测试用例；

步骤S207，在流水线上配置智能合约容器构建方式以及镜像地址；

步骤S208，在流水线上配置部署目标区块链网络；

步骤S209，执行流水线，若执行失败，开发人员可进行修改重启流水线。

步骤S300，区块链运维，采集区块链网络及智能合约的性能指标，对区块链运行状态进行监控，收集智能合约交易日志，对交易过程进行总结分析；

如图4所示，步骤S300具体包括步骤：

步骤S301，启动资源节点收集，查询资源消耗状况，包括CPU、内存、磁盘、网络I/O等数据；

步骤S302，查看链上区块信息，区块高度、具体信息、包含的交易和交易日志。

上述步骤S301-S302不分先后顺序。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，包括将智能合约于区块链节点解耦，利用自动化工具完成区块链网络搭建以及智能合约的开发、交付以及监控，其特征在于，进一步包括：

区块链网络管理模块，用于搭建多共识、多组织、多节点的区块链网络，所述区块链网络由区块链节点容器组成；

智能合约开发与交付模块，用于编写和调试智能合约，通过执行流水线完成智能合约容器构建以及自动化交付至所述区块链网络；

区块链运维模块，用于监控所述区块链网络以及智能合约的运行，并收集区块链节点和智能合约的监控指标以及采集日志。

2.根据权利要求1所述的一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，其特征在于，所述区块链网络管理模块包括：

网络管理单元，用于定制区块链网络规格、提供多种共识机制以及定制区块链节点名称与接口；

通道管理单元，用于在不同组织之间创建和管理通道；

合约管理单元，用于在所述通道内部署、升级以及操作智能合约。

3.根据权利要求1所述的一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，其特征在于，所述智能合约开发与交付模块包括：

开发管理单元，用于在无需搭建区块链网络的前提下开发智能合约，包括智能合约代码生成、代码智能提示、模拟调用以及测试；

流水线管理单元，用于实现完整的持续集成和持续交付流程，自动化编排智能合约容器、测试智能合约以及部署智能合约。

4.根据权利要求3所述的一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，其特征在于，所述开发管理单元进一步包括：

创建智能合约模板，即利用Freemarker模板技术生成初始智能合约；

编码提示，即利用自然语言处理模型实时给出代码提示；

合约测试，用于编写智能合约后完成接口模拟调用和测试；

代码推送，用于将编写完成的智能合约推送至代码管理仓库。

5.根据权利要求3所述的一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，其特征在于，所述流水线管理单元进一步包括：

通过对接代码仓库完成智能合约代码仓库的拉取，通过镜像模板完成智能合约镜像构建，通过触发流水线将智能合约镜像部署至区块链网络，建立智能合约和区块链网络的通信，所述智能合约的部署独立于所述区块链网络。

6.根据权利要求5所述的一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，其特征在于，所述触发流水线方式为手动触发，即手动点击启动智能合约的部署。

7.根据权利要求5所述的一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，其特征在于，所述触发流水线方式为自动触发，即流水线绑定的智能合约仓库主分支在合并时触发流水线。

8.根据权利要求1所述的一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，其特征在于，所述区块链运维模块包括：

指标监控单元，用于采集区块链网络和智能合约的性能指标；

日志收集单元，用于收集联盟链运行过程中产生的日志。

9.根据权利要求1所述的一种基于Hyperledger Fabric的智能合约开发运维一体化平台，其特征在于，所述智能合约与区块链节点利用远程过程调用。

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