Hyperledger系列（七）Read-Write set语义实现细节

Read-Write set语义

本文讨论了关于Read-Write set语义的当前实现的细节。

Transaction 模拟和 read-write set

在endorser上模拟transaction时，为transaction准备了read-write set。 read set包含在模拟期间，transaction读取的唯一keys及其提交版本（version）的列表。 write set包含唯一keys列表（尽管可能与read set中的keys存在重叠）以及transaction写入的新值。 如果transaction执行的更新是删除key，则为该key设置delete marker（删除标记）（代替新值）。

另外，如果transaction为一个key多次写入一个值，则只保留最后一次写入的值。 此外，如果transaction读取某个key的值，则即使transaction在发出读取之前就更新了key的值，也会返回committed state的值（即，读取的是ledger中的值，而不是模拟执行的结果）。 换句话说，不支持Read-your-writes语义。

如前所述，key的版本只记录在read set中; write set 只包含由transaction设置的唯一key列表及其最新值。

可能有各种实现版本（version）的方案。版本控制方案的最低要求是为给定key生成非重复标识符。例如，对版本（version）使用单调递增数字的方案。

在当前实现中，我们使用基于blockchain（区块链）高度的版本控制方案，其中提交transaction的高度，用作transaction修改的所有key的最新版本。在这种方案中，transaction的高度由一个元组表示（txNumber 是块内transaction的高度）。与增量数字方案相比，此方案具有许多优点 - 主要是，它可以实现其他组件，如statedb，transaction模拟和验证，以便进行高效的设计选择。

以下是通过模拟假设transaction，准备的read-write set的说明。为了简单起见，在插图中，我们使用增量数字来表示版本。

<TxReadWriteSet>
  <NsReadWriteSet name="chaincode1">
    <read-set>
      <read key="K1", version="1">
      <read key="K2", version="1">
    </read-set>
    <write-set>
      <write key="K1", value="V1"
      <write key="K3", value="V2"
      <write key="K4", isDelete="true"
    </write-set>
  </NsReadWriteSet>
<TxReadWriteSet>

此外，如果transaction在模拟过程中执行范围查询，范围查询及其结果将作为query-info添加到read-write set中。

Transaction 有效性检查 和 使用read-write set 更新 world state

committer使用read-write set中的read set部分来检查transaction的有效性，并使用write set部分来更新受影响的key的版本和值。

在验证阶段，如果transaction的 read set 中存在的每个key的版本与世界状态（world state）下的相同key的版本相匹配，则认为该transaction有效 - 假定所有先前的有效transaction（包括相同 block 中前述的transaction）都被提交了（提交状态）。 如果read-write set还包含一个或多个query-info，则执行额外的验证。

这种额外的验证，应确保在query-info(s)中获取的结果的超范围（super range，即，范围的联合）中没有key被插入/删除/更新。换句话说，如果我们在committed-state验证期间，重新执行任何范围查询（模拟期间执行的transaction），它应该产生与模拟transaction观察到的结果相同的结果。该检查可确保，如果transaction在提交期间观察到幻象结果（假的，不符合的结果），则该transaction应被标记为无效。

请注意，该幻象保护仅限于范围查询（即，Chaincode中的GetStateByRange函数）并且尚未针对其他查询（即，链式代码中的GetQueryResult函数）应用。其他查询处于幻影风险中，因此其它查询只能用于未提交排序的只读transaction，除非应用程序可以保证，结果集在 模拟和验证/提交 之间的稳定性。

如果一个transaction通过有效性检查，committer使用write set来更新world state（世界状态）。 在更新阶段，对于write set的每个key，同一个key的world state值设置为write set 中指定的值。 此外，world state中的key的版本被改变，以反映是最新版本。

模拟执行和验证的例子

本节通过示例场景帮助理解语义。 在世界状态中存在一个密钥k,由一个元组（k，ver，val）表示，其中ver是以val为值的密钥k的最新版本。

现在，考虑一组五个transactionsT1，T2，T3，T4和T5，全部在世界状态的相同快照上模拟。 以下显示了模拟transactions的世界状态的快照,以及每个transactions执行的读写活动的顺序。

World state: (k1,1,v1), (k2,1,v2), (k3,1,v3), (k4,1,v4), (k5,1,v5)
T1 -> Write(k1, v1'), Write(k2, v2')
T2 -> Read(k1), Write(k3, v3')
T3 -> Write(k2, v2'')
T4 -> Write(k2, v2'''), read(k2)
T5 -> Write(k6, v6'), read(k5)

现在，假定这些transactions按照T1，...，T5的顺序排序（可以包含在单个block或不同的block中）

  1. T1 通过了有效验证，因为它不进行任何read操作。世界状态中的 k1 和 k2 更新成了 (k1,2,v1'), (k2,2,v2')
  2. T2 没通过有效验证， 因为它读了一个key, k1, 而这个k1,在前面的transaction T1 中修改了。
  3. T3 通过了有效验证，因为它不进行任何read操作。世界状态中的 k2 更新成了 (k2,3,v2'')
  4. T4 没通过有效验证， 因为它读取了一个key, k2, 而这个k1,在前面的transaction T1 中修改了。
  5. T5 通过了有效验证，因为读取的key, k5, k5没有在前面的 transactions 中修改过。

注意: 具有多个 read-write sets的 Transactions 尚不支持。

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本文参考
http://hyperledger-fabric.readthedocs.io/en/latest/readwrite.html

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