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FindGen系统结构说明.md

File metadata and controls

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FindGen

读作FindGen,写作寻根。目的是对流通商品进行溯源。
还有一个含义,寻找下一代(Find Generation),找到未来商品流通方式和希望这个项目能抛砖引玉,做出更好的。
第一次做这种大型项目,有很多不成熟的地方,虽然没做到尽善尽美,但最核心的部分还是做出来了。
虽然区块链的原理都摆在那,但去理解和如何将我要解决的问题与区块链联系起来,实现溯源等问题,是难点,也正是我们要解决的。
完成这个项目,我的重点在设计,而不是在编写。

概述

FindGen(以下简称FG)基于区块链体系来完成一个对商品进行溯源的系统。
FG由两部分区块链+GFW组成。
区块链涉及存储,加密,网络三个方面,很大程度参考比特币开发者文档
GFW是为了解决一个具体问题(溯源问题),所设计的模型。之后有具体描述。

系统开发

程序框架,分为三层,系统层,接口层,用户层。
虽然FG目前并没有表现出来,因为这是一个半成品。但在编写时,是按这个层次开发的。
简述开发流程,先完成系统层所需要的一些模块,只需简单的测试即可,然后在接口层,进行整合,根据我们要解决的问题,搭建模型。用户层,完成GUI(图形用户界面)。
第一次做大型项目,没有把握好节奏,直接将整个系统分配下去了,一开始的时候虽然有个大概计划,但没有很清楚的表示出来,导致前期开发很混乱,后期开始有条理进行开发了。

不过目前系统只有系统层与接口层,而且系统层缺少网络模块。接口层也没有很清晰的展示。

如需更详细的了解,见源码中的测试模块。

架构图

参考自比特币,大体相同

架构图

数据结构

数据结构

区块(Block)
Version : 区块链的版本
PrevBlockHash : 前一区块的Hash
MerkleRoot : Merkle树,根节点hash
Timestamp : 区块发布的时间戳
Nonce : 随机数,PoW共识算法的字段
Records : 包含多条流通记录

记录(Records)
version:标识记录版本(GFW版本)
sign:签名(由交易方签名)
pub_key:交易方的公钥

crec:
goods_id :商品ID(商品的唯一标识) seq :流通索引
circulate_flag :流通标识
time :时间戳
recid :记录标识符(hash)
adress : 被交易方的地址(base58)

区块统一使用此结构,记录虽然也是使用记录的结构,但是有两种模式的,一种是生产记录,由生产者(生产商)发布;另一种就是普通的商品流通记录。
生产记录,由生产者(生产商)一方填写。
普通流通记录,需要被交易方的参与。
具体如果填写,生成记录,见GFW处的描述。

区块链

区块链是整个系统的核心也是基础。
对于区块链,我认为区块链是个体系,虽然表现起来是条链。也有人说,区块链是个数据结构,我认为也有道理。

存储

FG使用redis数据库与python的第三方库redis与redis进行通信。
redis是一个轻量级的数据库,一个实例占用不到1M。

存储在数据库是json字符。存储类型和在系统中的类型,一开始没有计划好,导致前期类型非常混乱,字节型,字符型,json型,python数据类型,最后统一使用字符型+json格式的字符和python数据类型。
目前系统层基本是字符型,接口层json格式的python数据类型。
下一阶段统一数据类型的处理,目前看来,整个系统对数据类型的处理没有很清晰。

加密

FG加密部分有:公私钥+地址,签名,hash。
hash使用的是python内置库hashlib中sha256。
用到hash的地方有Merkel树,区块hash,交易hash,地址。
公私钥使用的是python第三方库fastecdsa的curve.P256。
地址采用,base58编码公钥的hash,base58_encode(版本+hash(pub_key)+校验和)。
签名,使用的是python第三方库fastecdsa的ecdsa(椭圆曲线数字签名算法)。
hash与签名需要注意需要hash和签名的数据和排序后再进行。
下一阶段,地址可以支持压缩存储(利用椭圆曲线的性质)。
注:仓库里虽然有AES,暂未实装,是之后会使用到的模块。

网络

P2P网络,待构建。

GFW

GFW(商品来自哪里,goods from where)模型是为了利用区块链解决一个具体的问题所提出的,在FG系统里,是为了解决商品溯源问题。GFW位于接口层,底层(系统层)是区块链,GFW调用区块链,来解决商品流通溯源问题。
很多区块链应用,底层几乎差不多,如果想利用区块链解决其他问题,可以提出需要的模型。比如比特币的核心是交易,为了利用区块链解决交易问题,有UTXO(未花费的交易输出,unspent transaction outputs)模型。

接下来,具体看GFW模型。

在GFW中,商品有“生命周期”,用流通标识(circulate_flag)来标记各个“生命阶段”,基于这个提出流通规则,用来限制商品的流通的,保证“可信的商品”,GFW模型提出三条不能违背的规则。

基本规则
三条基本规则不能缺少,不能颠倒,不能更改,针对单个商品。
1.商品流通记录中必须有生产商签名。
2.商品流通记录中必须有生产商到销售商的记录
3.商品流通记录中必须有消费者购买商品的记录

基于基本规则,厂商也可以制定自己的流通规则。
之前说商品是有“生命周期”,所以商品是有结束的,在基本规则中,完成第三条的商品,“生命”结束。
利用这种方式,可以减少链上数据的流通,提高程序运行的效率。

因此,GFW中有URC(未完成的记录,unfinished record),类比于比特币的UTXO;区块链上所有未结束“生命”的商品,就是URC。

以上基本就是GFW模型的全部,还有一些内容待补充(模型中的参与者,更多名词在GFW的解释等),目前系统没有完全将这个模型实现。

商品ID

系统中商品的唯一标识,使用雪花算法与ENA码来生成。
商品ID = 时间戳+商品编码(ENA码)+序列号
编码空间有浪费,有优化的空间。

流通标识

流通标识(circulate_flag):4字节
生产:0x000f
分销:0x00ff
消费者购买:0x0fff
商品生命结束:0xffff
0x0000-0x000f:上链|生产|准备
0x000f-0x0fff:分销|插件|中间流通
0x0fff-0xffff留作备用
此标识用于流通规则的编写。

生产记录

由生产者(生产商)创建商品ID(现实世界物品上链),对记录签名,发布区块。

普通流通记录

由交易方,选择属于自己的商品(地址,公钥验证,商品ID),对记录签名,广播记录,矿工“揽收”发布区块。

验证

待构建。

包括两个方面:记录验证,区块验证。
记录验证:

  • 签名验证
  • 地址验证
  • 流通规则验证(包括记录生成验证)

区块验证:

  • 发布区块验证
  • 接受区块验证
  • 区块链验证

奖惩机制

待构建

或者说矿工机制等。

其他

未来更新

  • 为了方便安装,将程序打包docker(两种安装方式)并使用web访问的模式(B/S),目前使用CLI
  • 实装GUI;目前暂未处理
  • 多线程处理
  • 共识算法的更新
  • P2P网络模块
  • ENA13商品ID生成,优化与添加验证模块
  • 类结构调整;(Records类与Participants类;blockchain类与redis类等,方法权限管理)
  • 验证模块统一;上链,发布区块,接收区块,发布记录,接受记录等

程序运行样图

测试程序位于,仓库源码的测试模块

测试程序运行图

测试程序运行图·续

生成的区块图