Hyperledger Fabric สำหรับ Dummies

แพลตฟอร์ม Blockchain สำหรับองค์กร

สวัสดีตอนบ่าย ผู้อ่านที่รัก ฉันชื่อ Nikolai Nefedov ฉันเป็นผู้เชี่ยวชาญทางเทคนิคของ IBM ในบทความนี้ฉันอยากจะแนะนำคุณเกี่ยวกับแพลตฟอร์ม blockchain - Hyperledger Fabric แพลตฟอร์มนี้มีไว้สำหรับสร้างแอปพลิเคชันธุรกิจระดับองค์กร (ระดับองค์กร) ระดับของบทความมีไว้สำหรับผู้อ่านที่ไม่ได้เตรียมตัวพร้อมความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับเทคโนโลยีไอที

Hyperledger Fabric เป็นโครงการโอเพ่นซอร์ส ซึ่งเป็นหนึ่งในสาขาของโครงการโอเพ่นซอร์ส Hyperledger ซึ่งเป็นกลุ่มของ Linux Foundation Hyperledger Fabric เปิดตัวครั้งแรกโดย Digital Assets และ IBM คุณลักษณะหลักของแพลตฟอร์ม Hyperledger Fabric คือการมุ่งเน้นไปที่แอปพลิเคชันขององค์กร ดังนั้นแพลตฟอร์มจึงได้รับการพัฒนาโดยคำนึงถึงความเร็วสูงในการทำธุรกรรมและต้นทุนที่ต่ำ รวมถึงการระบุตัวตนของผู้เข้าร่วมทั้งหมด ประโยชน์เหล่านี้เกิดขึ้นได้จากการแยกบริการตรวจสอบธุรกรรมและสร้างบล็อกใหม่ของการลงทะเบียนแบบกระจาย ตลอดจนการใช้ผู้ออกใบรับรองและให้สิทธิ์ผู้เข้าร่วม

บทความของฉันเป็นส่วนหนึ่งของชุดบทความเกี่ยวกับ Hyperledger Fabric ซึ่งเราจะอธิบายถึงโครงการระบบลงทะเบียนนักเรียนเข้ามหาวิทยาลัย

สถาปัตยกรรมทั่วไปของ Hyperledger Fabric

Hyperledger Fabric เป็นเครือข่ายบล็อกเชนแบบกระจายซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบการทำงานต่างๆ ที่ติดตั้งบนโหนดเครือข่าย ส่วนประกอบ Hyperledger Fabric เป็นคอนเทนเนอร์ Docker ที่สามารถดาวน์โหลดได้อย่างอิสระจาก DockerHub Hyperledger Fabric ยังสามารถเรียกใช้ในสภาพแวดล้อม Kubernetes

ในการเขียนสัญญาอัจฉริยะ (รหัสลูกโซ่ในบริบทของ Hyperledger Fabric) เราใช้ Golang (แม้ว่า Hyperledger Fabric จะอนุญาตให้คุณใช้ภาษาอื่นได้) ในการพัฒนาแอปพลิเคชันแบบกำหนดเอง ในกรณีของเรา เราใช้ Node.js กับ Hyperledger Fabric SDK ที่สอดคล้องกัน

โหนดเรียกใช้ตรรกะทางธุรกิจ (สัญญาอัจฉริยะ) – รหัสลูกโซ่ จัดเก็บสถานะของการลงทะเบียนแบบกระจาย (ข้อมูลบัญชีแยกประเภท) และดำเนินการบริการระบบแพลตฟอร์มอื่นๆ โหนดเป็นเพียงหน่วยโลจิคัลเท่านั้น โหนดต่างๆ สามารถมีอยู่บนฟิสิคัลเซิร์ฟเวอร์เดียวกันได้ สิ่งที่สำคัญกว่ามากคือวิธีจัดกลุ่มโหนด (โดเมนที่เชื่อถือ) และฟังก์ชันใดของเครือข่ายบล็อกเชนที่เชื่อมโยงด้วย

สถาปัตยกรรมทั่วไปมีลักษณะดังนี้:

ภาพที่ 1 สถาปัตยกรรมทั่วไปของ Hyperledger Fabric

แอปพลิเคชันผู้ใช้ (Submitting Client) เป็นแอปพลิเคชันที่ผู้ใช้ทำงานร่วมกับเครือข่ายบล็อกเชน ในการทำงาน คุณต้องผ่านการอนุญาตและมีสิทธิ์ที่เหมาะสมสำหรับการกระทำประเภทต่างๆ บนเครือข่าย

Peers (โหนด) มีหลายบทบาท:

• Endorsing Peer เป็นโหนดที่จำลองการดำเนินการของธุรกรรม (เรียกใช้รหัสสัญญาอัจฉริยะ) หลังจากตรวจสอบความถูกต้องและดำเนินการตามสัญญาอัจฉริยะแล้ว โหนดจะส่งคืนผลลัพธ์การดำเนินการไปยังแอปพลิเคชันไคลเอนต์พร้อมกับลายเซ็น
• บริการสั่งซื้อเป็นบริการแบบกระจายในหลายโหนด ใช้เพื่อสร้างบล็อกใหม่ของบัญชีแยกประเภทแบบกระจาย และสร้างลำดับสำหรับการดำเนินการธุรกรรม บริการสั่งซื้อไม่ได้เพิ่มบล็อกใหม่ให้กับรีจิสทรี (ย้ายไปที่ Committing Peers เพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น)
• Committing Peer - โหนดที่มีรีจิสตรีแบบกระจายและเพิ่มบล็อกใหม่ไปยังรีจิสตรี (ซึ่งเกิดจากบริการสั่งซื้อ) Committing Peers ทั้งหมดมีสำเนาในเครื่องของบัญชีแยกประเภทที่แจกจ่าย Committing Peer ก่อนที่จะเพิ่มบล็อกใหม่ในเครื่อง ตรวจสอบความถูกต้องของธุรกรรมทั้งหมดภายในบล็อก

นโยบายการรับรองเป็นนโยบายสำหรับการตรวจสอบความถูกต้องของการทำธุรกรรม นโยบายเหล่านี้กำหนดชุดโหนดที่จำเป็นซึ่งสัญญาอัจฉริยะจะต้องดำเนินการเพื่อให้ธุรกรรมได้รับการยอมรับว่าถูกต้อง

Distributed Registry - Lerger - ประกอบด้วยสองส่วน: WorlldState (เรียกอีกอย่างว่า State DataBase) และ BlockChain

BlockChain เป็นลูกโซ่ของบล็อกที่เก็บบันทึกการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดที่เกิดขึ้นกับวัตถุบัญชีแยกประเภทแบบกระจาย

WorlldState เป็นส่วนประกอบของรีจิสทรีแบบกระจายที่เก็บค่าปัจจุบัน (มาก) ของวัตถุรีจิสทรีแบบกระจายทั้งหมด

WorldState เป็นฐานข้อมูลในเวอร์ชันพื้นฐาน - LevelDB หรือซับซ้อนกว่า - CouchDB ซึ่งมีคู่คีย์-ค่า ตัวอย่างเช่น ชื่อ - Ivan นามสกุล - Ivanov วันที่ลงทะเบียนในระบบ - 12.12.21/17.12.1961/XNUMX วันที่ เกิด - XNUMX/XNUMX/XNUMX เป็นต้น WorldState และบัญชีแยกประเภทที่แจกจ่ายจะต้องสอดคล้องกันสำหรับสมาชิกทุกคนในช่องทางที่กำหนด

เนื่องจาก Hyperledger Fabric เป็นเครือข่ายที่รู้จักและรับรองความถูกต้องของผู้เข้าร่วมทั้งหมด จึงมีการใช้ผู้ออกใบรับรองเฉพาะที่นี่ - CA (Certification Authority) CA ทำงานบนพื้นฐานของมาตรฐาน X.509 และโครงสร้างพื้นฐานคีย์สาธารณะ - PKI

บริการสมาชิกเป็นบริการที่สมาชิกตรวจสอบว่าวัตถุเป็นขององค์กรหรือช่องทางเฉพาะ

ในกรณีส่วนใหญ่ ธุรกรรมคือบันทึกข้อมูลใหม่ในบัญชีแยกประเภทแบบกระจาย
นอกจากนี้ยังมีธุรกรรมสำหรับการสร้างช่องทางหรือสัญญาอัจฉริยะ ธุรกรรมเริ่มต้นโดยแอปพลิเคชันผู้ใช้และสิ้นสุดด้วยการเขียนไปยังบัญชีแยกประเภทแบบกระจาย

Channel (แชนเนล) เป็นเครือข่ายย่อยแบบปิดซึ่งประกอบด้วยผู้เข้าร่วมตั้งแต่สองคนขึ้นไปในเครือข่าย blockchain ซึ่งออกแบบมาเพื่อทำธุรกรรมที่เป็นความลับภายในวงของผู้เข้าร่วมที่จำกัดแต่เป็นที่รู้จัก ช่องทางถูกกำหนดโดยผู้เข้าร่วม, บัญชีแยกประเภทแบบกระจาย, สัญญาอัจฉริยะ, บริการสั่งซื้อ, WorldState สมาชิกช่องแต่ละคนต้องได้รับอนุญาตให้เข้าถึงช่องและมีสิทธิ์ในการทำธุรกรรมประเภทต่างๆ การอนุญาตดำเนินการโดยใช้บริการสมาชิก

สถานการณ์การดำเนินการธุรกรรมทั่วไป

ต่อไป ฉันอยากจะพูดถึงสถานการณ์ทั่วไปในการดำเนินธุรกรรมโดยใช้ตัวอย่างโครงการของเรา

เป็นส่วนหนึ่งของโครงการภายในของเรา เราได้สร้างเครือข่าย Hyperledger Fabric ซึ่งออกแบบมาเพื่อลงทะเบียนและบันทึกข้อมูลนักเรียนที่เข้าเรียนในมหาวิทยาลัย เครือข่ายของเราประกอบด้วยสององค์กร ซึ่งเป็นเจ้าของโดยมหาวิทยาลัย A และมหาวิทยาลัย B แต่ละองค์กรมีแอปพลิเคชันไคลเอ็นต์ รวมถึง Committing และ Endorsing Peer ของตนเอง เรายังใช้บริการสั่งซื้อ บริการ Memebership และบริการหน่วยงานออกใบรับรองทั่วไปอีกด้วย

1) การเริ่มต้นการทำธุรกรรม

แอปพลิเคชันผู้ใช้โดยใช้ Hyperledger Fabric SDK เริ่มต้นคำขอธุรกรรมและส่งคำขอไปยังโหนดด้วยสัญญาอัจฉริยะ คำขอสามารถเปลี่ยนหรืออ่านจากบัญชีแยกประเภท (Ledger) หากเราพิจารณาตัวอย่างการกำหนดค่าการทดสอบระบบสำหรับการบัญชีสำหรับนักศึกษามหาวิทยาลัย แอปพลิเคชันไคลเอนต์จะส่งคำขอการทำธุรกรรมไปยังโหนดของมหาวิทยาลัย A และ B ซึ่งรวมอยู่ในนโยบายการรับรองของสัญญาอัจฉริยะที่เรียกว่า โหนด A เป็นโหนดที่อยู่ในมหาวิทยาลัยที่ลงทะเบียนนักศึกษาที่เข้ามา และโหนด B เป็นโหนดที่อยู่ในมหาวิทยาลัยอื่น เพื่อให้ธุรกรรมถูกบันทึกลงในบัญชีแยกประเภทแบบกระจาย โหนดทั้งหมดที่ตามตรรกะทางธุรกิจจะต้องอนุมัติธุรกรรม จะต้องดำเนินการสัญญาอัจฉริยะให้สำเร็จด้วยผลลัพธ์เดียวกัน แอปพลิเคชันผู้ใช้ของโหนด A โดยใช้เครื่องมือ Hyperledger Fabric SDK ได้รับนโยบายการรับรอง (นโยบายการอนุมัติ) และค้นหาว่าโหนดใดจะส่งคำขอการทำธุรกรรมไป นี่คือคำขอเรียก (เรียกใช้) สัญญาอัจฉริยะ (ฟังก์ชันรหัสลูกโซ่) เพื่ออ่านหรือเขียนข้อมูลบางอย่างไปยังบัญชีแยกประเภทแบบกระจาย ในทางเทคนิค SDK ของไคลเอ็นต์ใช้ฟังก์ชันที่สอดคล้องกัน API ซึ่งส่งผ่านออบเจกต์ที่มีพารามิเตอร์ธุรกรรม และยังเพิ่มลายเซ็นไคลเอ็นต์และส่งข้อมูลนี้ผ่านโปรโตคอลบัฟเฟอร์ผ่าน gRPC ไปยังโหนดที่เหมาะสม (รับรองเพียร์)

ภาพที่ 2 การเริ่มต้นการทำธุรกรรม

2) การดำเนินการตามสัญญาอัจฉริยะ

โหนด (การรับรองเพียร์) หลังจากได้รับคำขอให้ทำธุรกรรม ตรวจสอบลายเซ็นของลูกค้าและหากทุกอย่างเรียบร้อยดี พวกเขาจะนำวัตถุที่มีข้อมูลคำขอและเรียกใช้การจำลองการดำเนินการของสัญญาอัจฉริยะ (ฟังก์ชันรหัสลูกโซ่) ด้วยข้อมูลเหล่านี้ สัญญาอัจฉริยะคือตรรกะทางธุรกิจของธุรกรรม เงื่อนไขและคำแนะนำชุดหนึ่ง (ในกรณีของเรา นี่คือเช็คของนักเรียน นักศึกษาใหม่ หรือว่าเขาลงทะเบียนแล้ว การตรวจสอบอายุ ฯลฯ) ในการดำเนินการตามสัญญาอัจฉริยะ คุณยังต้องการข้อมูลจาก WorldState จากผลของการจำลองสัญญาอัจฉริยะบน Endorsing peer ทำให้ได้รับชุดข้อมูลสองชุด - ชุดการอ่านและชุดการเขียน Read Set และ Write Set คือค่า WorldState เดิมและใหม่ (ใหม่ - ในแง่ที่ได้รับจากการจำลองสัญญาอัจฉริยะ)

รูปภาพที่ 3 การดำเนินการตามสัญญาอัจฉริยะ

3) การส่งคืนข้อมูลไปยังแอปพลิเคชันไคลเอ็นต์

หลังจากการจำลองสัญญาอัจฉริยะ ผู้รับรองจะส่งคืนข้อมูลเริ่มต้นและผลลัพธ์ของการจำลองไปยังแอปพลิเคชันไคลเอ็นต์ รวมถึงชุด RW ที่ลงนามโดยใบรับรองของพวกเขา ในขั้นตอนนี้ ไม่มีการเปลี่ยนแปลงในบัญชีแยกประเภทแบบกระจาย แอปพลิเคชันไคลเอนต์จะตรวจสอบลายเซ็นของ Endorsing Peer และยังเปรียบเทียบข้อมูลธุรกรรมดั้งเดิมที่ถูกส่งและข้อมูลที่ส่งคืน (นั่นคือ จะตรวจสอบว่าข้อมูลดั้งเดิมซึ่งจำลองธุรกรรมเสียหายหรือไม่) หากธุรกรรมมีไว้สำหรับอ่านข้อมูลจากรีจิสทรีเท่านั้น แอปพลิเคชันไคลเอ็นต์จะได้รับ Read Set ที่จำเป็นตามนั้น และโดยปกติแล้วการทำธุรกรรมจะเสร็จสมบูรณ์โดยไม่ต้องเปลี่ยนรีจิสทรีแบบกระจาย ในกรณีของธุรกรรมที่ควรเปลี่ยนแปลงข้อมูลในรีจิสทรี แอปพลิเคชันไคลเอนต์จะตรวจสอบเพิ่มเติมว่ามีการใช้นโยบายการรับรองหรือไม่ เป็นไปได้ว่าแอปพลิเคชันไคลเอนต์ไม่ตรวจสอบผลลัพธ์ของการดำเนินการตามนโยบายการรับรอง แต่ในกรณีนี้แพลตฟอร์ม Hyperledger Fabric จัดให้มีการตรวจสอบนโยบายบนโหนด (Comitting Peers) ในขั้นตอนการเพิ่มธุรกรรมไปยังรีจิสทรี

ภาพที่ 4 การคืนข้อมูลไปยังแอปพลิเคชันไคลเอนต์

4) การส่งชุด RW ไปยัง Ordering Peers

แอปพลิเคชันไคลเอ็นต์จะส่งธุรกรรมพร้อมกับข้อมูลที่เกี่ยวข้องไปยังบริการสั่งซื้อ ซึ่งรวมถึงชุด RW ลายเซ็นของผู้รับรอง และรหัสช่อง

บริการสั่งซื้อ - ตามชื่อ หน้าที่หลักของบริการนี้คือการสร้างธุรกรรมขาเข้าตามลำดับที่ถูกต้อง เช่นเดียวกับการสร้างบล็อกใหม่ของรีจีสทรีแบบกระจายและการรับประกันการส่งมอบบล็อกที่สร้างขึ้นใหม่ไปยังโหนดที่คอมมิตทั้งหมด ดังนั้น จึงมั่นใจได้ถึงความสอดคล้องของข้อมูลบนโหนดทั้งหมดที่มีรีจิสตรีแบบกระจาย (คอมมิตติ้งเพียร์) ในเวลาเดียวกันบริการสั่งซื้อจะไม่เปลี่ยนแปลงรีจิสทรี แต่อย่างใด บริการสั่งซื้อเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของระบบ ดังนั้นจึงเป็นคลัสเตอร์ของโหนดต่างๆ บริการสั่งซื้อไม่ได้ตรวจสอบความถูกต้องของธุรกรรม แต่เพียงยอมรับธุรกรรมที่มีรหัสช่องทางเฉพาะ จัดการธุรกรรมขาเข้าในคำสั่งซื้อเฉพาะ และสร้างบล็อกใหม่ของบัญชีแยกประเภทแบบกระจายจากรายการเหล่านี้ One Ordering Service สามารถให้บริการได้หลายช่องทางในเวลาเดียวกัน บริการสั่งซื้อประกอบด้วยคลัสเตอร์ Kafka ซึ่งรักษาคิวการทำธุรกรรมที่ถูกต้อง (ไม่เปลี่ยนแปลง) (ดูจุดที่ 7)

ภาพที่ 5. การส่งชุด RW ไปยัง Ordering Peers

5) การส่งบล็อกที่สร้างขึ้นไปยัง Committing Peer

บล็อกที่เกิดขึ้นในบริการสั่งซื้อจะถูกส่งไปยังโหนดเครือข่ายทั้งหมด แต่ละโหนดได้รับบล็อกใหม่ตรวจสอบว่าสอดคล้องกับนโยบายการรับรองตรวจสอบว่าผู้รับรองทั้งหมดได้รับผลลัพธ์เดียวกัน (ชุดการเขียน) อันเป็นผลมาจากการจำลองสัญญาอัจฉริยะและตรวจสอบว่าค่าดั้งเดิมมี มีการเปลี่ยนแปลง (นั่นคือ - Read Set - ข้อมูลที่อ่านโดยสัญญาอัจฉริยะจาก WorldState) ตั้งแต่เริ่มการทำธุรกรรม หากตรงตามเงื่อนไขทั้งหมด ธุรกรรมจะถูกทำเครื่องหมายว่าถูกต้อง มิฉะนั้น ธุรกรรมจะได้รับสถานะไม่ถูกต้อง

รูปภาพที่ 6 การส่งบล็อกที่สร้างขึ้นไปยัง Committing Peer

6) การเพิ่มบล็อกในรีจิสทรี

แต่ละโหนดจะเพิ่มธุรกรรมลงในสำเนาโลคัลของบัญชีแยกประเภทแบบกระจาย และหากธุรกรรมถูกต้อง ชุดการเขียนจะถูกนำไปใช้กับ WorldState (สถานะปัจจุบัน) ตามลำดับ ค่าใหม่ของวัตถุที่ได้รับผลกระทบจากธุรกรรมจะถูกเขียน . หากธุรกรรมได้รับโทเค็นที่ไม่ถูกต้อง (ตัวอย่างเช่น มีธุรกรรมสองรายการที่มีออบเจกต์เดียวกันภายในบล็อกเดียวกัน ธุรกรรมรายการหนึ่งจะไม่ถูกต้อง เนื่องจากค่าดั้งเดิมได้ถูกเปลี่ยนแปลงโดยธุรกรรมอื่นแล้ว ). ธุรกรรมนี้ถูกเพิ่มไปยังบัญชีแยกประเภทแบบกระจายด้วยเครื่องหมายที่ไม่ถูกต้อง แต่ชุดการเขียนของธุรกรรมนี้ใช้ไม่ได้กับสถานะปัจจุบันของ WorldState และจะไม่เปลี่ยนแปลงวัตถุที่เข้าร่วมในธุรกรรม หลังจากนั้น การแจ้งเตือนจะถูกส่งไปยังแอปพลิเคชันผู้ใช้ว่าธุรกรรมถูกเพิ่มลงในบัญชีแยกประเภทแบบกระจายตลอดไป ตลอดจนสถานะของธุรกรรม กล่าวคือ ถูกต้องหรือไม่ ...

ภาพที่ 7 การเพิ่มบล็อกในรีจิสทรี

บริการสั่งซื้อ

บริการการสั่งซื้อประกอบด้วยคลัสเตอร์ Kafka ที่มีโหนด ZooKeeper ที่สอดคล้องกันและโหนดบริการการสั่งซื้อ (OSN) ที่อยู่ระหว่างไคลเอนต์บริการการสั่งซื้อและ Kafka Cluster คลัสเตอร์ Kafka เป็นแพลตฟอร์มการจัดการโฟลว์ (ข้อความ) แบบกระจายและทนทานต่อความผิดพลาด แต่ละแชนเนล (หัวข้อ) ใน Kafka เป็นลำดับของเรกคอร์ดที่ไม่เปลี่ยนรูปซึ่งสนับสนุนเฉพาะการเพิ่มเรกคอร์ดใหม่เท่านั้น (ไม่สามารถลบรายการที่มีอยู่ได้) ภาพประกอบของโครงสร้างหัวข้อแสดงไว้ด้านล่าง เป็นคุณสมบัติของ Kafka ที่ใช้ในการสร้างแพลตฟอร์ม blockchain

นำมาจาก kafka.apache.org

• ภาพที่ 8 โครงสร้างหัวข้อบริการสั่งซื้อ*

ลิงค์ที่มีประโยชน์

Youtube - สร้าง blockchain สำหรับธุรกิจด้วย Hyperledger Project
เอกสาร Hyperledger Fabric
Hyperledger Fabric: ระบบปฏิบัติการแบบกระจายสำหรับบล็อกเชนที่ได้รับอนุญาต

บลาโกดาเรนนอสตี

ฉันขอขอบคุณอย่างสุดซึ้งต่อเพื่อนร่วมงานของฉันสำหรับความช่วยเหลือในการเตรียมบทความ:
นิโคไล มาริน่า
อิกอร์ คาปอฟ
ดมิทรี กอร์บาชอฟ
อเล็กซานเดอร์ เซมซอฟ
Ekaterina Guseva

ที่มา: will.com