區(qū)塊鏈的AOP異常測試實(shí)踐之路

1、區(qū)塊鏈的AOP異常測試實(shí)踐之路目錄1區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？區(qū)塊鏈之異常測試AOP在區(qū)塊鏈測試實(shí)踐之路區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁矗繀^(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？中本聰基于金融機(jī)構(gòu)的交易轉(zhuǎn)賬金融機(jī)構(gòu) I金融機(jī)構(gòu) II甲乙金融機(jī)構(gòu) III丙丁機(jī)構(gòu)內(nèi)轉(zhuǎn)賬跨機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)賬基于區(qū)塊鏈的交易轉(zhuǎn)賬甲乙從技術(shù)的角度來定義- 技術(shù)體系，包含P2P網(wǎng)絡(luò)、加密算法、共識算法等從數(shù)據(jù)的角度來定義- 去中心化、防篡改、防抵賴的分布式賬本數(shù)據(jù)庫支付實(shí)時，清算異步支付與清算同時進(jìn)行區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？比特幣以太坊AlgorandDFINITY公有鏈任何人在任何位置都可以加入網(wǎng)絡(luò)及操作數(shù)據(jù)私有鏈?zhǔn)褂梅秶刂圃谄髽I(yè)內(nèi)部聯(lián)盟鏈聯(lián)盟內(nèi)授權(quán)公司或組織才能加

2、入按節(jié)點(diǎn)參與方式分類公有鏈私有鏈TrustSQLBCOS聯(lián)盟鏈組織A公司B公司C皆可以區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？PoW（工作量證明）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)爭相求得問題解，求解成功后就獲得打包權(quán)限PoS（權(quán)益證明）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要成為打包者，其權(quán)益越大，越有概率成為打包者BFT類（拜占庭容錯）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)會根據(jù)全網(wǎng)投票結(jié)果判定打包是否成功DPoS（委托權(quán)益證明）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)持權(quán)益爭取進(jìn)入委員會，經(jīng)投票成立共識委員會VRF類（可驗(yàn)證隨機(jī)函數(shù)）通過類似抽簽方式確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的共識角色包者按共識機(jī)制分類PoW類或PoS類BFT類DPos類或VRF類比特幣以太坊EOSAlgorandTrustSQLBCOS區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？類似于微信支付的電子賬戶

3、，記錄賬戶余額轉(zhuǎn)賬交易是以賬號余額改變的方式實(shí)現(xiàn)UTXO全稱為Unspent Transaction Out，即是未花費(fèi)的交易輸出類似于現(xiàn)實(shí)生活中的現(xiàn)金，但依附在一筆交 易記錄中轉(zhuǎn)賬交易是以UTXO消耗與創(chuàng)建的方式實(shí)現(xiàn)BlocklN-1BlocklNBlocklN+1交易列表T1T2Bock內(nèi)容賬號空間A20B120交易列表T4T5Bock內(nèi)容賬號空間A10B120交易列表T6T7Bock內(nèi)容賬號空間A10B90T3C90D5C80D25T8T9C100D50BlockBlock內(nèi)容交易列表T1T2T3N-1UTXO空間T1:A 10T1:B 80T2:A 10T2:B 40T3:DT3:C

4、905BlockBlock內(nèi)容交易列表T4T5T1:ANUTXO空間10T1:B 80T2:BT3:D405T4:CT5:D80T4:D 1010BlockBlock內(nèi)容UTXO空間T1:A10N+1T3:D5T4:C80T4:D 10T5:D10T6:C 20T6:B交易列表T6T7T8T960T7:B 30T7:D10T8:D5T9:D10UTXO模型賬戶模型區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？Output 1Output 2交易包含Inputs（輸入）和Outputs（輸出）交易輸出只有兩種狀態(tài)，分別是未花費(fèi)和已花費(fèi)圖中，綠色表示未花費(fèi)，紅色表示已花費(fèi)Transaction 1:Output 1目標(biāo)地址 A鎖

5、定腳本/花費(fèi)條件Transaction 3:Input 1Output引用解鎖腳本/花費(fèi)憑證交易驗(yàn)證鎖定腳本/花費(fèi)條件解鎖腳本/花費(fèi)憑證堆棧執(zhí)行器UTXO全稱為Unspent Transaction Out， 即是未花費(fèi)的交易輸出類似于現(xiàn)實(shí)生活中的現(xiàn)金，但依附在一筆交易記錄中轉(zhuǎn)賬交易是以UTXO消耗與創(chuàng)建的方式實(shí)現(xiàn)BlockN-1Block內(nèi)容交易列表UTXO空間T1T2T1:A 10T1:B 80T3T2:A 10T2:B 40T3:C 90T3:D5BlockBlock內(nèi)容交易列表T4T5UTXO空間NT1:A10T1:B80T2:B40T3:D5T4:C80T4:D10T5:D10Blo

6、ckBlock內(nèi)容交易列表T6T7N+1T8T9T1:AUTX10O空間T3:D5T4:C80T4:D10T5:D10T6:C20T6:B60T7:B30T7:D10T8:D5T9:D10Output 1Output 2Transaction 3InputsOutputsInput 1Output 1Output 2Transaction 4InputsOutputsInput 1Output 1Transaction 5InputsOutputsInput 1Output 1Input 2Output 2UTXO模型執(zhí)行過程Transaction 2InputsOutputsInput 1O

7、utput 1Output 2Transaction 1InputsOutputsInput 1Output 1Input 2Output 2Output 2區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁矗?008.122017.082015.122015.022013.12 2014.102016.04Plasma2017.112017.08Sharding2016.092014.012017.071.02018.031.12018.071.22018.101.32019.021.42016.122017.11BaaS平臺2018.09可信區(qū)塊鏈評測第一雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2018.122017.122.02016.122018.0

8、5Byteball-NG2019.062019.032017.07主網(wǎng)上線2019.06區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁矗咳ブ行幕ㄉ膳c驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)）安全（作惡所花費(fèi)成本）可擴(kuò)展性（每秒處理交易量）演化方向功能評測共95個功能用例TrustSQL完成91個功能驗(yàn)證20家參與功能評測的企業(yè)中完成率第一推動區(qū)塊鏈基礎(chǔ)核心技術(shù)研究和行業(yè)應(yīng)用落地，加快可信區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)的更新迭代，支撐政府決策，促進(jìn)區(qū)塊鏈行業(yè)良性健康發(fā)展，提升我國區(qū)塊鏈國際影響力區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？推動區(qū)塊鏈基礎(chǔ)核心技術(shù)研究和行業(yè)應(yīng)用落地，加快可信區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)的更新迭代，支撐政府決策，促進(jìn)區(qū)塊鏈行業(yè)良性健康發(fā)展，提升我國區(qū)塊鏈國際影響力區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？推動區(qū)塊鏈基礎(chǔ)核心

9、技術(shù)研究和行業(yè)應(yīng)用落地，加快可信區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)的更新迭代，支撐政府決策，促進(jìn)區(qū)塊鏈行業(yè)良性健康發(fā)展，提升我國區(qū)塊鏈國際影響力TrustSQL的最高峰值TPS平均為5W+7家參與性能評測的企業(yè)中性能最高區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？解決機(jī)構(gòu)間協(xié)作的信任問題貿(mào)易合同 應(yīng)收賬款資產(chǎn)1000萬債權(quán)憑證賣出100萬債權(quán)憑證 轉(zhuǎn)讓拆分100萬鋁礦企業(yè)債權(quán)憑證 轉(zhuǎn)讓拆分300萬輪轂企業(yè)鋁錠企業(yè)債權(quán)憑證 轉(zhuǎn)讓拆分500萬輪胎企業(yè)某車企多種類型金融機(jī)構(gòu)債權(quán)憑證 賣出100萬債權(quán)憑證 賣出100萬債權(quán)憑證 賣出100萬供應(yīng)鏈金融公益尋人區(qū)塊鏈發(fā)票稅局開票企業(yè)用戶納稅申報企業(yè)報銷區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？公益尋人區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？貿(mào)易合同 應(yīng)收賬款資

10、產(chǎn)1000萬債權(quán)憑證 賣出100萬債權(quán)憑證 轉(zhuǎn)讓拆分100萬鋁礦企業(yè)債權(quán)憑證 轉(zhuǎn)讓拆分300萬輪轂企業(yè)鋁錠企業(yè)債權(quán)憑證 轉(zhuǎn)讓拆分500萬輪胎企業(yè)某車企多種類型金融機(jī)構(gòu)債權(quán)憑證 賣出100萬債權(quán)憑證 賣出100萬債權(quán)憑證 賣出100萬供應(yīng)鏈金融區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？區(qū)塊鏈發(fā)票稅局開票企業(yè)用戶納稅申報企業(yè)報銷區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁矗繀^(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？?jié)點(diǎn)1(Leader)節(jié)點(diǎn)2(Follower)節(jié)點(diǎn)3(Follower)節(jié)點(diǎn)4(Follower)應(yīng)用服務(wù)節(jié)點(diǎn)1(Candidate)節(jié)點(diǎn)2(Follower)節(jié)點(diǎn)3(Follower)節(jié)點(diǎn)4(Follower)節(jié)點(diǎn)1(Leader)節(jié)點(diǎn)2(Follower

11、)節(jié)點(diǎn)3(Follower)節(jié)點(diǎn)4(Follower)1 合法交易請求2 AppendEntry2 AppendEntry2 AppendEntry4 AppendResp4 AppendResp4 AppendResp4 AppendResp6 TxResp6 TxResp6 TxResp6 TxResp7 返回成功3 接收與驗(yàn)證3 接收與驗(yàn)證3 接收與驗(yàn)證3 接收與驗(yàn)證5 提交與存儲5 提交與存儲5 提交與存儲5 提交與存儲1 RequestVote1 RequestVote1 RequestVote3 VoteResp5 Hearbeat2 等待投票結(jié)果2 判斷與投票2 判斷與投票2 判

12、斷與投票3 VoteResp3 VoteResp4 定時心跳5 Hearbeat5 Hearbeat選舉共識合法交易共識投票機(jī)制區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？去中心化（生成與驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)）安全（作惡所花費(fèi)成本）可擴(kuò)展性（每秒處理交易量）CPU異常內(nèi)存異常網(wǎng)絡(luò)異常拜占庭容錯問題雙花攻擊問題程序錯誤處理多線程并發(fā)異步并發(fā)區(qū)塊鏈之異常測試節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)4去中心化節(jié)點(diǎn)1（Leader）節(jié)點(diǎn)5節(jié)點(diǎn)6Follower節(jié)點(diǎn)與Follower節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)斷開Follower節(jié)點(diǎn)與Leader節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)斷開Follower節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)孤立Leader節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)孤立網(wǎng)絡(luò)分裂區(qū)塊鏈之異常測試改變接收交易構(gòu)建區(qū)塊廣播區(qū)塊TrustSQL轉(zhuǎn)

13、發(fā)交易LeaderBft-Raft狀態(tài)CandidateFollower切換節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)4網(wǎng)絡(luò)異常？網(wǎng)絡(luò)延遲網(wǎng)絡(luò)丟包網(wǎng)絡(luò)斷開轉(zhuǎn)發(fā)交易到構(gòu)建區(qū)塊的轉(zhuǎn)換？構(gòu)建區(qū)塊到轉(zhuǎn)發(fā)交易的轉(zhuǎn)換？廣播區(qū)塊到轉(zhuǎn)發(fā)交易的轉(zhuǎn)換？. ？區(qū)塊鏈之異常測試去中心化接收區(qū)塊判斷分批區(qū)塊驗(yàn)證步驟1計算Hash同步結(jié)果高度h批次內(nèi)并發(fā)區(qū)塊驗(yàn)證步驟2區(qū)塊驗(yàn)證步驟3區(qū)塊驗(yàn)證步驟n區(qū)塊驗(yàn)證步驟1計算Hash同步結(jié)果高度h+1區(qū)塊驗(yàn)證步驟2區(qū)塊驗(yàn)證步驟3區(qū)塊驗(yàn)證步驟n計算Hash同步結(jié)果高度h+2區(qū)塊驗(yàn)證步驟1區(qū)塊驗(yàn)證步驟2 區(qū)塊驗(yàn)證步驟3區(qū)塊驗(yàn)證步驟n讀取寫入讀取讀取為了提高可擴(kuò)展性，TrustSQL對驗(yàn)證區(qū)塊進(jìn)行多線程并發(fā)優(yōu)

14、化根據(jù)相關(guān)性規(guī)則進(jìn)行分批，在批次內(nèi)實(shí)現(xiàn)并發(fā)驗(yàn)證區(qū)塊鏈之異常測試可擴(kuò)展性寫入寫入為了提高可擴(kuò)展性，TrustSQL也使用異步并發(fā)處理， 等待全部異步并發(fā)處理后再繼續(xù)后續(xù)處理異步處理B1異步處理C1異步處理A1異步處理A2異步處理A3異步處理A4等待異步處理異步處理B2異步處理B3異步處理C2異步處理C3啟動異步處理A啟動異步處理B 啟動異步處理C其他同步處理區(qū)塊鏈之異常測試可擴(kuò)展性節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)4節(jié)點(diǎn)1（Leader）節(jié)點(diǎn)5節(jié)點(diǎn)6無法通過外部資源方式來控制批次內(nèi)的多線程執(zhí)行次序？也無法通過外部資源方式來控制異步處理執(zhí)行次序？壓測工具壓測工具壓測工具區(qū)塊鏈之異常測試可擴(kuò)展性節(jié)點(diǎn)1(Leader)

15、節(jié)點(diǎn)2(Follower)節(jié)點(diǎn)3(Follower)節(jié)點(diǎn)4(Follower)應(yīng)用服務(wù)1 合法交易請求2 AppendEntry2 AppendEntry2 AppendEntry4 AppendResp4 AppendResp4 AppendResp4 AppendResp 6 TxResp6 TxResp6 TxResp6 TxResp7 返回成功3 接收與驗(yàn)證3 接收與驗(yàn)證3 接收與驗(yàn)證3 接收與驗(yàn)證5 提交與存儲5 提交與存儲5 提交與存儲5 提交與存儲區(qū)塊鏈之異常測試安全TrustSQL是基于自研Bft-raft拜占庭容錯共識算法，使用Jgroups實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集群節(jié)點(diǎn)的通信與管理需模擬

16、消息丟失、重發(fā)、篡改等作惡異常來驗(yàn)證拜占庭容錯能力投票機(jī)制通信協(xié)議棧包含加密、壓縮或分包等處理，作惡模擬難？通過存儲層進(jìn)行間接作惡異常模擬的成本越來越困難？存儲層間接作惡模擬方式也不夠精準(zhǔn)驗(yàn)證不同情況？RSAJChannelFRAGMFCUNICASTGMSPINGMEGRETCP樁TrustSQLTrustSQLTrustSQLTrustSQL通信協(xié)議棧TrustSQLTrustSQLMySQLMySQLMySQLMySQLTrustSQLTrustSQLTrustSQLTrustSQLTrustSQLTrustSQLFile+RocksDBFile+RocksDBFile+RocksDBF

17、ile+RocksDB核心TrustSQL代理轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)業(yè)務(wù)TrustSQL業(yè)務(wù)TrustSQL核心TrustSQL核心TrustSQL核心TrustSQL分布式數(shù)據(jù)庫Tcaplus分布式數(shù)據(jù)庫Tcaplus分布式數(shù)據(jù)庫Tcaplus分布式數(shù)據(jù)庫Tcaplus存儲層變遷簡史區(qū)塊鏈之異常測試安全去中心化（生成與驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)）安全（作惡所花費(fèi)成本）可擴(kuò)展性（每秒處理交易量）委員會共識多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)DAG結(jié)構(gòu)智能合約同態(tài)加密零知識證明區(qū)塊鏈之異常測試未來技術(shù)發(fā)展節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)4節(jié)點(diǎn)1網(wǎng)絡(luò)異常CPU異常存儲作惡AOP在區(qū)塊鏈測試實(shí)踐之路節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)4節(jié)點(diǎn)1接口層共識層賬本層存儲層合約層共識作惡賬本作惡作

18、惡AOP在區(qū)塊鏈測試實(shí)踐之路函數(shù)b函數(shù)c通知處理函數(shù)a函數(shù)d函數(shù)f函數(shù)h關(guān)注點(diǎn)AOP技術(shù)：在不改動源代碼基礎(chǔ)上，在特定功能處理設(shè)置關(guān)注點(diǎn)，注入增強(qiáng)字節(jié)碼，從而做到精準(zhǔn)的異常注入AOP在區(qū)塊鏈測試實(shí)踐之路源代碼編譯器虛擬機(jī)AOP代碼字節(jié)碼包AspectTrustSQL注入過程注入master管理/上報自動化測試工具設(shè)置整體框架管理/上報管理/上報管理/上報日志注入agent讀取/寫入寫入寫入/讀取讀取節(jié)點(diǎn)1AspectTrustSQL日志注入agent讀取/寫入寫入寫入/讀取讀取節(jié)點(diǎn)3AspectTrustSQL日志注入agent讀取/寫寫入 入寫入/讀取讀取節(jié)點(diǎn)2AspectTrustSQL日

19、志注入agent讀取/寫入寫入寫入/讀取讀取節(jié)點(diǎn)4AspectTrustSQLAOP在區(qū)塊鏈測試實(shí)踐之路節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)4節(jié)點(diǎn)1接口層共識層賬本層存儲層合約層注入通知注入通知注入通知注入通知注入通知統(tǒng)一 管理器異常拋出注入延遲注入跳過注入重復(fù)注入自定義注入注入層受控制可交互可重用可擴(kuò)展注入agentAOP在區(qū)塊鏈測試實(shí)踐之路改變廣播區(qū)塊Bft-Raft狀態(tài)Candidate節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)4去中心化因角色狀態(tài)切換導(dǎo)致構(gòu)建區(qū)塊到轉(zhuǎn)發(fā)交易的流程切換的異常測試節(jié)點(diǎn)1Follower切換Leader角色切換注入注入調(diào)用注入對象的切換函數(shù)注入寫入切換參數(shù)讀取切換參數(shù)角色還原注入調(diào)用注入對象的切換函數(shù)聯(lián)合

20、切入調(diào)用注入對象的函數(shù)實(shí)現(xiàn)切換接收交易構(gòu)構(gòu)建建區(qū)區(qū)塊塊TrustSQL轉(zhuǎn)發(fā)交易AOP在區(qū)塊鏈測試實(shí)踐之路高度逆序注入延遲注入同時執(zhí)行注入隨機(jī)亂序執(zhí)行hh+1h+2h+3高度逆序執(zhí)行hh+1h+2h+3批次內(nèi)同時執(zhí)行hh+1h+2h+3反射機(jī)制操控注入對象P2PKH交易多重簽名交易智能合約AOP在區(qū)塊鏈測試實(shí)踐之路可擴(kuò)展性接收區(qū)塊判斷分批區(qū)塊驗(yàn)證步驟1計算Hash同步結(jié)果高度h批次內(nèi)并發(fā)區(qū)塊驗(yàn)證步驟2區(qū)塊驗(yàn)證步驟3區(qū)塊驗(yàn)證步驟n區(qū)塊驗(yàn)證步驟1計算Hash同步結(jié)果高度h+1區(qū)塊驗(yàn)證步驟2區(qū)塊驗(yàn)證步驟3區(qū)塊驗(yàn)證步驟n區(qū)塊驗(yàn)證步驟1計算Hash同步結(jié)果高度h+2區(qū)塊驗(yàn)證步驟2區(qū)塊驗(yàn)證步驟3區(qū)塊驗(yàn)證步驟

21、n讀取寫入讀取讀取寫入寫入啟動異步處理A異步處理B1異步處理C1異步處理A1異步處理A2異步處理A3異步處理A4等待異步處理異步處理B2異步處理B3異步處理C2異步處理C3啟動異步處理B啟動異步處理C其他同步處理異步逆序注入延遲注入同時執(zhí)行注入隨機(jī)亂序執(zhí)行A1B1C1異步逆序執(zhí)行A1B1C1批次內(nèi)同時執(zhí)行A1B1C1AOP在區(qū)塊鏈測試實(shí)踐之路可擴(kuò)展性節(jié)點(diǎn)1(Leader)節(jié)點(diǎn)2(Follower)節(jié)點(diǎn)3(Follower)節(jié)點(diǎn)4(Follower)應(yīng)用服務(wù)1 合法交易請求2 AppendEntry2 AppendEntry2 AppendEntry4 AppendResp4 AppendResp4 AppendResp4 AppendResp 6 TxResp6 TxResp6 TxResp6 TxResp7 返回成功3 接收與驗(yàn)證3 接收與驗(yàn)證3 接收與驗(yàn)證3 接收與驗(yàn)證5 提交與存儲5 提交與存儲5 提交與存儲5 提交與存儲