區(qū)塊鏈應用開發(fā)框架的設計

張 鵬 范玉才 牛立強

中博信息技術研究院有限公司

0 引言

區(qū)塊鏈技術正處于高速發(fā)展的階段，2020年區(qū)塊鏈技術以新技術基礎設施的身份納入到“新基建”中，區(qū)塊鏈技術上升到國家戰(zhàn)略。

目前區(qū)塊鏈平臺層出不窮，同一平臺快速迭代，基于區(qū)塊鏈平臺的應用面臨著因選型平臺的淘汰或迭代而導致重構甚至重新開發(fā)的風險。加之區(qū)塊鏈技術體系復雜，學習門檻較高，開發(fā)人員如何減少學習成本并高效應用區(qū)塊鏈技術也成為行業(yè)新課題。因此，本文設計與實現(xiàn)一個面向不同區(qū)塊鏈平臺的通用開發(fā)框架（Block Chain Development Framework，BCF），在應用與區(qū)塊鏈平臺之間增加技術封裝和應用框架層，實現(xiàn)應用與區(qū)塊鏈平臺解耦，開發(fā)人員無需再關注區(qū)塊鏈技術細節(jié)及區(qū)塊鏈平臺間的差異。

1 總體設計

BCF框架將應用與區(qū)塊鏈平臺解耦，適配具體的區(qū)塊鏈平臺，抽象其能力，為應用提供統(tǒng)一的標準功能、一致的訪問接口，框架還具備提供開發(fā)和管理擴展功能的能力。

為了方便開發(fā)人員及運維人員基于BCF框架開發(fā)應用，管理應用及BCF框架自身，配套設計和實現(xiàn)通用的區(qū)塊鏈即服務（Blockchain as a service，BaaS）應用，提供系統(tǒng)級管理、監(jiān)控、運維等通用能力。

1.1 分層設計

BCF框架作為中間框架層介于上層應用層和下層區(qū)塊鏈層之間。應用層對區(qū)塊鏈平臺能力的調用通過框架層來完成，不直接與區(qū)塊鏈平臺進行交互。如圖1所示。

為此，在上述零件配套最優(yōu)生產問題中，可設第i類生產設備在一個工作日內用于生產第j種零件的時間為xij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m,下同),則對每一類生產設備，被分配用于生產全部零件的時間總和必為1(即一個工作日)，于是有約束條件:

圖1 分層設計

（1）應用層

應用層的應用系統(tǒng)有兩種類型，一種是基于區(qū)塊鏈底層技術的業(yè)務應用系統(tǒng)，另一種是BCF框架提供的配套通用BaaS管理平臺。

應用層通過調用框架層中的統(tǒng)一接口層來實現(xiàn)對區(qū)塊鏈能力的調用，不與具體區(qū)塊鏈平臺進行交互，從而達到與區(qū)塊鏈平臺解耦的目的。

（2）框架層

框架層作為中間層，同時要與應用層和區(qū)塊鏈層進行交互，在整個場景中承上啟下，在應用層與區(qū)塊鏈層的隔離中起到至關重要的作用。

對于表面人工濕地結構進行研究時不難發(fā)現(xiàn)，接近水面部分為好氧層，底部部分為厭氧層。考慮到濕地植物對陽光有所遮擋，這樣就不會存在藻類大量滋生的可能?？梢苑N植蘆葦、水蔥、香蒲、燈芯草等挺水植物，鳳眼蓮、浮萍、睡蓮等浮水植物，以及伊樂藻、茨藻、金魚藻、黑藻等沉水植物。還可以種植慈姑、雨久花、玉蟬花、千屈菜、黃菖蒲、澤瀉等水生花卉類的觀賞植物，既可以處理污水，也可以美化環(huán)境。

安全性除了提供區(qū)塊鏈平臺本身需要的密碼學需求外，還需要滿足國家密碼局對相關安全的標準和監(jiān)管機構審計的要求。

向下通過驅動適配層與區(qū)塊鏈層進行交互，通過對具體區(qū)塊鏈平臺SDK的封裝以及功能的擴展來實現(xiàn)框架層的標準能力。

（3）區(qū)塊鏈層

區(qū)塊鏈層為各種區(qū)塊鏈平臺，為了便于升級維護，該層對區(qū)塊鏈平臺不做任何改動和封裝，所提供能力均為原生區(qū)塊鏈平臺的能力。

（1）區(qū)塊鏈管理監(jiān)控系統(tǒng)

該層只為框架層中驅動適配層提供服務，不和其他的層進行交互。

1.2 總體架構設計

根據(jù)分層模型的設計規(guī)劃，框架層即為本文要設計的BCF框架。BCF框架的總體架構設計圖如下圖2所示：

圖2 總體架構設計

應用層中BaaS管理平臺也是基于BCF框架進行研發(fā)的特殊應用系統(tǒng)，為所有基于BCF框架開發(fā)的業(yè)務應用系統(tǒng)提供標準和統(tǒng)一的部署、運維、監(jiān)控等管理能力。

本項目隨機選擇多發(fā)、單發(fā)內膜下、肌層及漿膜下子宮肌瘤病例150例，同時取對應的子宮肌層組織作為對照，所有標本均采用4%甲醛固定，石蠟包埋、HE染色。采用免疫組化法（SP），切片厚 4 μm，切白片 3張，高溫修復或酶消化，4℃冰箱過夜，以PBS緩沖液代替第一抗體作為陰性對照，已知的陽性組織作為陽性對照。免疫組化試劑ER、PR、WT-1及SP試劑盒購自邁新公司，操作按試劑盒說明書要求進行。

統(tǒng)一接口層包括面向開發(fā)的功能接口和面向運維的運維接口。

內核層通過功能標準、管理標準和數(shù)據(jù)標準對區(qū)塊鏈平臺的通用能力和交互協(xié)議進行了定義和實現(xiàn)，實現(xiàn)CA支持、國密支持和安全審計對區(qū)塊鏈平臺的安全要求和監(jiān)管要求。

功能接口是對區(qū)塊鏈標準功能和擴展功能進行封裝，提供統(tǒng)一的API接口，應用對功能接口的調用，由BCF框架經內核層后調用驅動適配層來最終調用具體的區(qū)塊鏈平臺的原生能力或適配層基于區(qū)塊鏈平臺智能合約等機制擴展的功能。

2 功能設計

BCF框架主要包括統(tǒng)一接口層、內核層、驅動適配層以及BaaS管理平臺（區(qū)塊鏈管理監(jiān)控系統(tǒng)、區(qū)塊鏈瀏覽器、開發(fā)運維工具包）。

2.1 接口層設計

接口層主要是將對外的接口進行統(tǒng)一，提供一致的規(guī)范化接口。BCF框架根據(jù)不同的功能用途進一步劃分為功能接口和運維接口兩大類。

每類中再次按照功能用途劃分具體的小類，具體功能設計如下圖3所示：

圖3 接口層設計

（1）功能接口

驅動適配層是框架層與具體區(qū)塊鏈平臺的連接層，針對底層具體的區(qū)塊鏈平臺提供對應的驅動適配，實現(xiàn)框架核心標準和設計在區(qū)塊鏈平臺上的落地。

根據(jù)內核層的功能規(guī)劃，功能接口按照同樣的分類形式對外提供接口，主要包含合約管理類、賬戶管理類、節(jié)點管理類、權限管理類、區(qū)塊管理類和工具類。

（2）運維接口

由于運維的特殊性，部分操作需要對區(qū)塊鏈平臺擁有較高的權限甚至是管理員的權限，因此，將運維相關接口獨立出來，在安全性及外部可訪問性上需要嚴格的設計來保證底層區(qū)塊鏈平臺的安全。

學生可以自主選擇實驗內容（背景圖），可以平面密鋪，也可以立體架構。學生從“智慧珠”的不同研究興趣出發(fā)，自主選擇實驗內容結伴研究，從而形成個性化的實驗結果。通過合作交流、動手實踐、思維碰撞后，感悟得出屬于個人的見解。數(shù)學實驗的主要價值在于促進學生數(shù)學活動經驗的累積，讓學生在“做中學”，通過實物操作培養(yǎng)學生的多種能力。任務是真實而復雜的，需要學生付出努力，自我反思，需要不斷地嘗試、判斷、調整。在操作過程中，學生的分析、實踐、創(chuàng)新思維都得到了鍛煉，高階思維在動手操作中得以提升。

根據(jù)內核層的功能規(guī)劃，運維接口層主要包含配置管理、安裝部署、備份恢復、日志審計及運維監(jiān)控等功能。運維接口層對應用系統(tǒng)相關查詢類權限接口，同時為區(qū)塊鏈管理監(jiān)控系統(tǒng)和開發(fā)運維工具包提供管理類權限接口。

2.2 內核層設計

對主流區(qū)塊鏈平臺的設計思路和功能模塊進行分析，結合實際業(yè)務項目的需求和系統(tǒng)設計的經驗，定義BCF框架的區(qū)塊鏈標準能力，由此設計并實現(xiàn)內核層。

內核層中區(qū)塊鏈標準能力主要從標準和支持兩大類來進行劃分，標準類主要分為功能標準、管理標準和數(shù)據(jù)標準。支持類主要是安全支持。具體功能設計如圖4所示。

圖4 內核層設計

（1）功能標準

功能標準主要用于提供區(qū)塊鏈應有的功能性標準能力，作用于鏈上的數(shù)據(jù)對象類。主要包括賬本管理和合約管理。

賬本管理用于對鏈上賬本信息的管理，從業(yè)務的角度對賬本數(shù)據(jù)進行管理，包括賬本查詢、賬本信息獲取、交易提交、交易查看和交易校驗等功能。

文獻[14]根據(jù)地下水資源系統(tǒng)數(shù)值模擬模型，利用歷史系列觀測資料，反求出了河南省安陽市平原地區(qū)的4個縣的降水入滲補給系數(shù)值；當降水量PN在(500 mm <700 mm)范圍內時，α平均值為24.4%。綜上，三江平原地下水平均降水補給系數(shù)α(%)：階地區(qū)(亞黏土、亞砂土)取為20%，河灘地區(qū)(砂土為主地區(qū))取為25%。

堤身為第四系人工堆積素填土土體呈棕黃～黃褐色，干燥～稍濕，多呈硬塑～堅硬狀態(tài)，局部散體狀，土質較雜，巖性主要為壤土、砂壤土、粉土，局部夾粉質黏土。

（2）管理標準

管理標準主要用于提供區(qū)塊鏈的管理性標準能力，作用于對鏈的結構、鏈上數(shù)據(jù)對象及對象所屬、支撐運行環(huán)境和授權鑒權類的管理。包括節(jié)點管理、權限控制、區(qū)塊管理和賬戶管理。

合約管理用于對運行在區(qū)塊鏈平臺中的智能合約進行全生命周期的管理，包括合約的部署、合約升級、合約停用、合約查詢、智能合約地址的命名解析服務（Contract Name Service，CNS）即合約CNS和合約執(zhí)行等功能。

節(jié)點管理用于對支撐區(qū)塊鏈平臺運行的物理節(jié)點進行管理，包括節(jié)點增加、節(jié)點查詢、節(jié)點退出、節(jié)點分類和節(jié)點配置管理等功能。

權限控制用于在角色權限管理機制的控制下提供授權和鑒權功能，主要包括合約權限、賬本權限、節(jié)點權限和賬戶權限。

區(qū)塊管理用于采用鏈式結構的形式對數(shù)據(jù)的查看，包括鏈信息、區(qū)塊信息和交易信息等查看。

總體來說，鄂爾多斯市鄉(xiāng)村旅游的類型較為豐富，目前已初步形成了以中、低檔發(fā)展為主的層次結構，基本能夠滿足游客食住行游購娛等方面的需求。

賬戶管理用于對區(qū)塊鏈中參與記賬及賬本主體進行標識，每個參與者都是一個賬戶，包括賬戶創(chuàng)建、賬戶查詢和賬戶停用等功能。

（3）數(shù)據(jù)標準

一是綠色項目標準有待統(tǒng)一。我國綠色債券的監(jiān)管部門包括中國人民銀行、發(fā)改委和證監(jiān)會等部門，各部門意見中綠色項目標準尚未統(tǒng)一，導致在實際操作過程中無法準確界定債券的綠色屬性。二是環(huán)境信息披露制度不健全。我國已發(fā)行的綠色債券超過半數(shù)沒有進行環(huán)境信息披露。環(huán)境信息披露制度不健全，投資者缺乏環(huán)保信息了解渠道，極大降低其參與綠色債券的積極性。三是第三方評估體系有待完善。我國綠色債券尚處于起步階段，專業(yè)的綠色債券評估機構數(shù)量較少，沒有一套統(tǒng)一、可行的第三方評估標準。部分不良發(fā)行者通過“漂綠”等行為進行政策套利，極大影響我國綠色債券市場健康發(fā)展。

數(shù)據(jù)標準主要設計數(shù)據(jù)交互結構和賬本記錄結構。

數(shù)據(jù)交互結構用于對跨層、跨系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互協(xié)議格式進行標準化。包括消息頭和數(shù)據(jù)體，消息頭用來傳遞狀態(tài)和控制信息，數(shù)據(jù)體則用來承載業(yè)務數(shù)據(jù)信息。

賬本記錄結構用于對應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)參與區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結構進行規(guī)范化。鑒于區(qū)塊鏈的可信是基于鏈上的數(shù)據(jù)是經過多方共識，而現(xiàn)實數(shù)據(jù)隱私和安全的需求又限制數(shù)據(jù)上鏈。因此，設計賬本記錄結構包括數(shù)據(jù)體（標識出上鏈數(shù)據(jù)）和記錄摘要，通過指定上鏈數(shù)據(jù)及全量數(shù)據(jù)的記錄摘要，保證了數(shù)據(jù)的有效性和防篡改性。

（4）安全支持

向上通過統(tǒng)一接口層與應用層進行交互，對外提供一致的區(qū)塊鏈能力，為應用層提供統(tǒng)一的訪問接口。

安全支持主要分為CA支持、國密支持和審計支持。

CA支持保證了所有參與底層區(qū)塊鏈的節(jié)點都是經過同一個的根CA機構背書的。同時為賬戶管理提供證書頒發(fā)和撤銷等功能。

國密支持則為了滿足國家密碼局的要求，提供對國密中SM2、SM3、SM4等支持。此功能需要底層區(qū)塊鏈平臺原生支持國密。

審計支持則為了滿足國家監(jiān)管機構的審計要求，按照國家相關法律法規(guī)及政策要求，對運行的區(qū)塊鏈平臺提供合法合規(guī)的監(jiān)管支持。

2.3 驅動適配層設計

BCF框架設計驅動適配層為具體區(qū)塊鏈平臺開發(fā)適配組件，作為具體區(qū)塊鏈平臺在BCF框架中的代理。因此，需要為每個支持的區(qū)塊鏈平臺對應開發(fā)或配置一個適配組件，不同的區(qū)塊鏈平臺提供的原生能力不盡相同，適配組件需要按照框架層設計要求提供所需的區(qū)塊鏈能力，對于缺少原生能力的需要在適配組件中進行適配開發(fā)。

區(qū)塊鏈平臺原生能力與BCF框架制定的標準能力之間存在差異，因此，BCF框架制定的標準能力需具備兼容并擴展主流的區(qū)塊鏈平臺的能力。BCF框架驅動適配層設計時遵循以下原則：第一，必須是具備區(qū)塊鏈技術去中心化、不可篡改、可追溯性特征的產品；第二，必須支持智能合約功能，且擁有圖靈完備的合約編程語言；第三，必須原生支持國密需求或提供插件接口來實現(xiàn)國密需求；第四，盡可能地利用區(qū)塊鏈平臺的原生能力，減少適配開發(fā)的工作量；第五，兼容位列市場占有率排名前五的區(qū)塊鏈平臺。

雙十一到來前，韓莎早早把要買的東西放進了購物車，杜飛幫她算了好幾遍，可以最大限度地利用滿減優(yōu)惠，就等著零點一到血拼一回。

2.4 BaaS管理平臺設計

BCF框架對各種底層區(qū)塊鏈平臺進行抽象和適配，形成標準能力和統(tǒng)一接口，因而可建立通用的BaaS管理平臺，為基于BCF框架的應用系統(tǒng)及BCF框架自身提供強大而靈活的部署、運維、監(jiān)控等管理能力，主要包括區(qū)塊鏈管理監(jiān)控系統(tǒng)、區(qū)塊鏈瀏覽器和開發(fā)運維工具包。

經過一段時間準備，2014年5月份，寧波市衛(wèi)計委正式發(fā)文，要求全市148家基層醫(yī)療機構要完成一輪培訓，每家機構一輪至少要派出一位醫(yī)生參加培訓。而且，學員主要來自社區(qū)心內科、神經內科、內分泌，以及疾控中心和120院前急救，重點關注慢病管理。

1.3.5 細胞侵襲能力測定 接種hucMSCs后，按實驗分組干預24 h。胰酶消化細胞后，用無血清培養(yǎng)基調整細胞密度為1×105/mL，取200 μL細胞懸液加入40 μL基質膠（Matrigel，1∶3稀釋）包被的Transwell小室（8 μm濾膜微孔）上層，下層加入600 μL含10%FBS的DMEM/F-12培養(yǎng)基，常規(guī)培養(yǎng)24 h后取出Transwell小室，置于正置顯微鏡下隨機選取5個視野拍照并計數(shù)。

基于BCF框架實現(xiàn)的區(qū)塊鏈管理監(jiān)控系統(tǒng)對所有支持的具體區(qū)塊鏈平臺擁有通用的管理和監(jiān)控的能力。

在管理方面，以友好的Web界面管理區(qū)塊鏈平臺的節(jié)點、智能合約、配置參數(shù)、數(shù)據(jù)和權限等。節(jié)點管理包括節(jié)點的動態(tài)注冊、下線、身份變更等；智能合約管理包括在線編譯、在線部署、合約安裝、合約升級等以及智能合約CNS服務；配置參數(shù)管理包括區(qū)塊鏈平臺參數(shù)和應用系統(tǒng)參數(shù)的在線查看、修改、備份和恢復等，支持實時生效；權限控制是基于角色的權限控制機制，包括對功能、查看和區(qū)塊鏈相關信息的授權等。

在監(jiān)控方面，能夠監(jiān)管節(jié)點資源、交易性能數(shù)據(jù)、應用系統(tǒng)運行狀態(tài)等，通過可配置的預警規(guī)則可對風險進行預判，支持賬本數(shù)據(jù)在線備份、轉儲和恢復。

所謂就業(yè)觀，具體就是學生在參加工作選擇某一職業(yè)時所表現(xiàn)出的一種態(tài)度和觀念，它是學生對自己就業(yè)的一種反應性傾向，由行為傾向、情感傾向和認知傾向三大要素組成。對大學生而言，就業(yè)并不意味著就是簡單地找一份工作，還與學生后期的人生發(fā)展與職業(yè)理想有著密不可分的必然聯(lián)系。因此，學生在校期間，形成一種良好的就業(yè)觀是其人生觀、價值觀和世界觀的重要體現(xiàn)，對大學生未來職業(yè)發(fā)展的理想以及就業(yè)認知和就業(yè)心態(tài)及其后期在職場上所體現(xiàn)出的態(tài)度和修養(yǎng)也發(fā)揮著決定性作用。

（2）區(qū)塊鏈瀏覽器

區(qū)塊鏈瀏覽器主要提供區(qū)塊、智能合約、節(jié)點和賬戶等信息查詢和查看功能。按照鏈式數(shù)據(jù)結構的特性，涉及到塊、鏈、交易等參與對象的查詢與查看。通過多種查詢方式快速定位到鏈中特定的塊，可以查看塊的相關元數(shù)據(jù)信息、交易列表及鉆取查看交易詳情。在智能合約方面，區(qū)塊鏈瀏覽器支持智能合約的查詢及元數(shù)據(jù)的查看，基于區(qū)塊鏈管理系統(tǒng)的授權后，可以查看權限范圍內合約詳細信息。獲取授權后可以查看節(jié)點信息、賬戶信息等敏感數(shù)據(jù)。

（3）開發(fā)運維工具包

針對開發(fā)和運維工程師提供輔助工具包，以及Maven、IDE等插件，支持快速開發(fā)、測試、安裝、部署等能力，提供節(jié)點相關的基礎配置、系統(tǒng)上線的初始化、一鍵轉移等功能。

綜上所述，加強教育專項資金的管理能夠為教育改革深化發(fā)展、全面實施素質教育提供重要資金保障。為此，文章結合當前加強教育專項資金管理存在的問題，從思想重視、多渠道籌集資金、完善管理制度、嚴格規(guī)范預算審批、強化監(jiān)督等方面思考怎樣更好的規(guī)劃資金的使用，旨在能夠更好的促進教育事業(yè)發(fā)展。

3 應用案例

2021年我們使用區(qū)塊鏈、OFD、電子簽名等技術自主研發(fā)出可信交易鏈應用系統(tǒng)。該應用系統(tǒng)設計之初，考慮到未來需要滿足不同企業(yè)私有化部署場景，選擇BCF作為與不同區(qū)塊鏈平臺對接的框架。

可信交易鏈應用系統(tǒng)默認選擇BCF框架、BCF-Fabric適配器和Hyperledger Fabric區(qū)塊鏈平臺，應用系統(tǒng)涉及與區(qū)塊鏈相關上鏈、對賬、存證等功能均調用BCF框架提供的SDK，無需關心具體區(qū)塊鏈平臺，SDK通過BCF-Fabric適配器實現(xiàn)對Hyperledger Fabric區(qū)塊鏈平臺能力的調用。

可信交易鏈應用系統(tǒng)在推廣過程中，有客戶要求應用系統(tǒng)部署在FISCO-BCOS區(qū)塊鏈平臺上。我們在設計BCF框架時調研過FISCO-BCOS，對其有一定的了解，三名開發(fā)人員五天內快速開發(fā)出BCF-FISCO適配器，可信交易鏈應用代碼無需修改仍可正常運行，完成區(qū)塊鏈平臺的替換。

4 結束語

本文重點介紹了BCF框架的分層設計思路、各層具體功能設計，并簡述基于BCF框架的BaaS管理平臺的設計。BCF框架設計時主要參考Hyperledger Fabric和FISCO-BCOS兩個開源平臺，結合以太坊、CITA和XuperChain等開源平臺，下一步將繼續(xù)研究更多更新的區(qū)塊鏈平臺，并收集BCF框架使用者的反饋意見，計劃建立開發(fā)者社區(qū)、開放BCF框架的源代碼，以持續(xù)對BCF框架進行迭代升級，使之成為一個標準、穩(wěn)定、高效的框架產品。