كيفية استكشاف قدرات بلوكتشين Hyperledger Fabric وSawtooth

تتطور تكنولوجيا البلوكتشين بسرعة، مع ظهور منصات وأطر عمل متنوعة لتلبية الاحتياجات المتنظمة للمنظمات. في هذا الغوص العميق في بلوكتشين Hyperledger Fabric وSawtooth، سنستكشف المفاهيم الأساسية، والهندسة المعمارية، والميزات لهاتين المنصتين البارزتين في تكنولوجيا البلوكتشين. من بداية Hyperledger كمنصة بلوكتشين مؤسسية عالمية إلى التصميم المعياري وقدرات العقود الذكية الآمنة لـ Hyperledger Sawtooth، يوفر دليل Cryptopolitan رؤى قيمة حول عالم تكنولوجيا البلوكتشين.

مقدمة إلى Hyperledger

تم إنشاء Hyperledger، منصة بلوكتشين مؤسسية عالمية، بواسطة مؤسسة Linux في ديسمبر 2015. بدأت بـ 30 مشاركًا، وقد نمت لتشمل أكثر من 120 عضوًا. يهدف Hyperledger إلى إنشاء وصيانة شبكات ومنصات بلوكتشين مفتوحة المصدر لمختلف المنظمات، وتوفير البنية التحتية والبروتوكولات اللازمة لتطوير أدوات وشبكات البلوكتشين. يعزز التعاون مبادرات البلوكتشين التجارية من خلال تقديم مجموعة من المبادئ والقواعد والأساليب من خلال Hyperledger Greenhouse، الذي يتضمن أطر عمل وأدوات تدعم تكنولوجيا البلوكتشين.

مع مجموعة متنوعة من المؤسسات الرائدة في مجالات التمويل، والبنوك، وإنترنت الأشياء (IoT)، وإدارة سلسلة التوريد، والتصنيع والإنتاج، والتكنولوجيا، يتمتع Hyperledger بقاعدة عضوية ملحوظة. شركات مثل Bosch، وDaimler، وIBM، وSamsung، وMicrosoft، وHitachi، وAmerican Express، وJP Morgan، وVisa تشارك بنشاط في تشكيل مستقبل تكنولوجيا البلوكتشين. بالإضافة إلى ذلك، تساهم عدة شركات قائمة على البلوكتشين مثل Blockforce وConsenSys في مشروع Hyperledger.

في نظام Hyperledger البيئي، تعمل مشاريع فرعية مختلفة لتعزيز كفاءة وجودة الأنظمة والخدمات عبر شبكة من أجهزة الكمبيوتر. تشمل هذه المشاريع الفرعية Hyperledger Fabric، وHyperledger Indy، وHyperledger Caliper، وHyperledger Burrow، وSawtooth، وComposer، وCello. يمكن أن يكون فهم الفروق الدقيقة والاختلافات بين هذه المشاريع أمرًا صعبًا، خاصة للمبتدئين في مجال العملات المشفرة.

Hyperledger Fabric: تمكين التطبيقات المعيارية وحلول البلوكتشين الآمنة

يخدم Hyperledger Fabric، وهو مبادرة مفتوحة المصدر من قبل شركة Hyperledger، كأساس قوي لبناء تطبيقات معيارية ودفع الابتكار في مجال تكنولوجيا البلوكتشين. بوصفه منصة بلوكتشين، يمكّن المؤسسات الخاصة من بناء منتجات وتطبيقات قائمة على البلوكتشين من خلال الاستفادة من المكونات القابلة للتوصيل والتشغيل. داخل منصة Hyperledger، تعمل الدفاتر، والمعايير، والبروتوكولات، والعقود الذكية بتناغم لتمكين حلول بلوكتشين فعالة وآمنة.

أحد المزايا الرئيسية لـ Hyperledger Fabric يكمن في قدرته على تسهيل فصل البيانات وتسريع المعاملات. كمنصة خاصة، تعمل على مبدأ حقوق الوصول، مما يضمن أن المستخدمين المصرح لهم فقط يمكنهم الاتصال بالشبكة. من خلال تقييد الوصول للموظفين الداخليين، يمكن للشركات تعزيز بنيتها التحتية ضد الكيانات غير المصرح لها وإنشاء نظام شبكة حصري.

صُمم Hyperledger Fabric خصيصًا للتغلب على القيود الشائعة المرتبطة بحلول البلوكتشين التقليدية، مثل البورصات الخاصة والعقود السرية. يوفر منصة مرنة وآمنة لتقديم خدمات بلوكتشين على مستوى صناعي. يتضمن الإطار قواعد قوية لتخزين معلومات حول مستخدمي الشبكة وصلاحيات الوصول الخاصة بهم، مما يضمن تحكمًا دقيقًا في نقاط البيانات. بالإضافة إلى ذلك، يدعم Hyperledger Fabric العضوية المسموح لها، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لقطاعات مثل التمويل والرعاية الصحية، حيث تعتبر الخصوصية والامتثال التنظيمي اعتبارات حاسمة.

هندسة Hyperledger Fabric المعمارية

طبقة الإجماع

تضمن طبقة الإجماع الاتفاق على ترتيب المعاملات والتحقق من دقة قاعدة بيانات المعاملات داخل كتلة. تتواصل مع العملاء وأقران الشبكة من خلال طبقة الاتصال. من خلال الالتزام بسياسات الموافقة والإجماع، تؤكد صحة المعاملات في كتلة مقترحة. كما تتعاون مع طبقة العقود الذكية للتحقق من دقة قاعدة بيانات المعاملات المرتبة، مما يساهم في مزامنة البيانات واتساق المعاملات عبر الشبكة.

طبقة العقود الذكية

تتحقق طبقة العقود الذكية من صحة المعاملات استنادًا إلى السياسات والعقود، مما يضمن تضمين المعاملات الصالحة فقط في الكتل. تتكون من نوعين: عقود ذكية مثبتة لمنطق الأعمال قبل الإطلاق، وعقود ذكية على السلسلة لقواعد الأعمال المنفذة من خلال المعاملات الملتزمة. في Hyperledger Fabric، يتم تطوير العقود الذكية، المسماة chaincode، باستخدام لغات مثل Go، وJavaScript (Node.js)، وربما Java. يعمل chaincode بأمان في حاوية Docker منفصلة عن عملية النداء الشاهد.

طبقة الاتصال

تتيح طبقة الاتصال نقل الرسائل من نظير إلى نظير بين العقد في دفتر حسابات مشترك. تيسر الاتصال بين طبقة الإجماع، والعملاء، وأقران الشبكة. يتم تنفيذ المعاملات بشكل ذري ومتسلسل، معاملة النظام كعقدة واحدة. يضمن الاتصال الناجح تلقي جميع العقد غير المعطلة للمعاملات المقدمة. يضمن أمان طبقة النقل (TLS) الاتصال الآمن في Hyperledger Fabric، ويدعم المصادقة أحادية الاتجاه وثنائية الاتجاه.

تجريد مستودع البيانات

يتيح تجريد مستودع البيانات للوحدات استخدام مستودعات بيانات مختلفة. في Hyperledger Fabric، تُخزن البيانات الخاصة في قاعدة بيانات مخصصة على عقد الأقران المصرح لها، ويتم الوصول إليها من خلال الكود التسلسلي (Chaincode). يتم تسجيل تجزئة البيانات السرية في سجلات جميع عقد القناة. يدعم Hyperledger Fabric LevelDB وCouchDB كقواعد بيانات للحالة. تخزن LevelDB بيانات الكود التسلسلي كأزواج مفتاح-قيمة، ومدمجة في نشاط العقدة. أما CouchDB، وهي قاعدة بيانات خارجية اختيارية، فتتيح استعلامات JSON الغنية عندما تكون بيانات الكود التسلسلي ممثلة بتنسيق JSON. يؤدي النشر الناجح إلى تثبيت الكود التسلسلي "على" سلسلة الكتل.

تجريد التشفير

يتيح تجريد التشفير استخدام تقنيات أو وحدات تشفير مختلفة دون التأثير على المكونات الأخرى. تُقدم نسخة Hyperledger Fabric 2.0 Fabtoken، مما يتيح إنشاء عملات رقمية أصلية. يُعد Hyperledger Besu، المستند إلى Ethereum، تنفيذًا مفتوح المصدر لـ Ethereum متوافقًا مع المنصات غير المسموح بها وشبكة Ethereum. يدعم Hyperledger Besu تعدين وحدة المعالجة المركزية (CPU) ووحدة معالجة الرسومات (GPU)، حيث يُستخدم Ethminer لاختبار التعدين باستخدام GPU. من المهم ملاحظة أن Hyperledger Fabric لا يدعم العملات الرقمية مثل Bitcoin، بل يركز على توفير البنية التحتية والمعايير لتطبيقات وأنظمة سلسلة الكتل الصناعية.

خدمة الهوية

تؤسس خدمة الهوية جذرًا موثوقًا، وتدير تسجيل وهوية الهويات، وتسهل التغييرات في مثيل سلسلة الكتل. تتعامل مع المصادقة والصلاحيات، وتُستخدم بواسطة طبقة العقود الذكية لمصادقة الكيانات وتفويضها أثناء معالجة المعاملات. يوفر Hyperledger Fabric خدمة هوية شخصية لإدارة معرفات المستخدمين ومصادقة المشاركين في الشبكة، مما يتيح الشبكات المسموح بها. تضيف قوائم التحكم في الوصول طبقات من الصلاحيات من خلال تفويض إجراءات الشبكة المحددة. تدير سلطات الشهادات (CAs)، مثل Hyperledger Fabric CA، الشهادات.

خدمة السياسة

تدير خدمة السياسة سياسات النظام مثل التأييد، والإجماع، وإدارة المجموعات. تتعاون مع الوحدات الأخرى لفرض هذه السياسات بفعالية. في Hyperledger Fabric، تحكم السياسات عملية الموافقة أو الرفض لتغييرات الشبكة، والمسارات، والعقود الذكية. يتم إنشاؤها أثناء إعداد القناة الأولي ويمكن تعديلها مع تطور القناة. تميز السياسات Hyperledger Fabric من خلال ضمان إنشاء المعاملات وتأكيد العقد من قبل عقد الشبكة المعتمدة.

API

تتيح وحدة API تفاعل العميل والتطبيق مع سلاسل الكتل. تتكون من ثلاثة أنواع من واجهات برمجة التطبيقات في Hyperledger. تدير واجهة برمجة التطبيقات الإدارية العمليات مثل التثبيت أثناء التشغيل، والتجديد، والاختبار (Ping). تتيح واجهة برمجة التطبيقات المشتركة الوصول إلى معلومات حول شبكة الأعمال المتصلة وتسهل إنشاء الأصول والمشاركين والمعاملات والأحداث. تتيح واجهة برمجة التطبيقات التشغيلية لوظائف المعاملات الاستعلام، وإصدار الأحداث، واسترداد السجلات، والوصول إلى معلومات المشاركين، وتحويل كائنات JavaScript إلى تنسيق قابل للنقل. كما تدعم مكالمات HTTP REST.

التشغيل البيني

يُمكّن التشغيل البيني التواصل والتفاعل بين مثيلات سلسلة الكتل المنفصلة. يعتمد على معايير شاملة للبيانات والمعاملات لإطلاق العنان للإمكانات الكاملة لتكنولوجيا سلسلة الكتل. استغلت صناعات مثل سلامة الغذاء معايير البيانات لتحسين رؤية المنتجات. ومع ذلك، يظل تحقيق التشغيل البيني والتكامل تحديًا كبيرًا في قطاع سلسلة الكتل، مما يستلزم جهودًا مستمرة لإنشاء اتصال وتعاون سلس بين شبكات سلسلة الكتل المتنوعة.

ميزات Hyperledger Fabric

تقدم Hyperledger Fabric مجموعة من الميزات الأساسية، بما في ذلك:

• بنية مرخصة ومعيارية للغاية.
• آلية إجماع قابلة للتوصيل والإزالة (Plug-and-play).
• نموذج عقود ذكية مفتوح للتنفيذ المرن.
• زمن استجابة منخفض لإنهاء/تأكيد المعاملات.
• دعم EVM وSolidity.
• بيانات قابلة للاستعلام مع استعلامات تعتمد على المفتاح وJSON.
• دعم عقود ذكية بلغات متعددة (Go، Java، JavaScript).
• خصوصية بيانات مرنة من خلال القنوات ومجموعات البيانات الخاصة.
• نموذج تأييد مرن للإجماع عبر المنظمات.
• عمليات سلسة، بما في ذلك الترقيات المتدرجة ودعم الإصدارات غير المتماثلة.

ما هو Hyperledger Sawtooth؟

Hyperledger Sawtooth هو منصة سلسلة كتل للمؤسسات يسهل إنشاء وتشغيل شبكات وسجلات التطبيقات الموزعة. يعطي الأولوية للعقود الذكية الآمنة لحالات الاستخدام المؤسسية ويتبع نموذج سلسلة الكتل كخدمة (BaaS).

يتميز Hyperledger Sawtooth بتصميمه المعياري، مما يسمح للمنظمات والاتحادات بإنشاء سياسات مصممة خصيصًا لمجالاتهم المحددة. يمكن للتطبيقات اختيار خوارزميات المعاملات، والصلاحيات، والإجماع التي تتماشى مع متطلبات أعمالهم الفريدة، مما يعزز المرونة مقارنة بأنظمة سلسلة الكتل التقليدية حيث توجد الوظائف الأساسية والتطبيقية على نفس المنصة، مما قد يؤثر على الأمان والأداء.

كمنصة سلسلة كتل كخدمة مفتوحة المصدر للمؤسسات، يتيح Hyperledger Sawtooth تنفيذ عقود ذكية مخصصة دون الحاجة إلى معرفة عميقة بتصميم النظام الأساسي الأساسي. يدعم خوارزميات إجماع متنوعة، بما في ذلك PBFT وPoET، ويوفر تصميمًا سهل الاستخدام محسنًا للاستخدام المؤسسي. بالإضافة إلى ذلك، يضمن Sawtooth فصل الصلاحيات، مما يضمن السرية من خلال إزالة الخدمات المركزية التي قد تعرض المعلومات الحساسة للخطر.

بصفته منصة معيارية، يمكّن Hyperledger Sawtooth تطوير ونشر وتشغيل السجلات الموزعة. يتضمن خوارزمية إجماع مبتكرة تسمى "إثبات الوقت المنقضي" (PoET)، والتي تستخدم بيئات التنفيذ الموثوقة (TEEs) لتحقيق إجماع عادل وفعال. مع خوارزميات الإجماع القابلة للتوصيل ودعمها للشبكات المسموح بها وغير المسموح بها، يوفر Sawtooth سجلًا موزعًا يسجل المعاملات وتنفيذ العقود الذكية عبر عقد الشبكة. تتم معالجة المعاملات بالتوازي لتعزيز الأداء.

لتبسيط نشر العقود الذكية وتنفيذها، يقدم Sawtooth محرك العقود الذكية Sawtooth Lake. توفر المنصة واجهة برمجة تطبيقات RESTful للتفاعل السلس مع السجل وتقديم المعاملات. يتميز Hyperledger Sawtooth بقابلية التوسع، حيث يمكنه دعم شبكات تضم آلاف العقد ومعالجة ملايين المعاملات في الثانية.

Hyperledger Sawtooth هو منصة مرنة وقوية لبناء ونشر السجلات الموزعة. يلبي تطبيقات متنوعة مثل إدارة سلسلة التوريد، وتتبع الأصول الرقمية، وأنظمة التصويت. من خلال فصل نظام السجل الأساسي عن بيئات التطبيقات المحددة، يبسط Sawtooth تطوير التطبيقات مع الحفاظ على أمان النظام. يسمح هذا النهج للمطورين بتحديد قواعد الأعمال المحددة لتطبيقاتهم، مما يتيح الاستضافة السهلة، والإدارة، والاستخدام بلغات البرمجة المفضلة لديهم، حتى خارج شبكة سلسلة الكتل الأساسية.

بنية Hyperledger Sawtooth

دعونا نلقي نظرة مفصلة على المكونات المعمارية ووظائف Hyperledger Sawtooth:

مخطط بنية Hyperledger Sawtooth (المصدر sawtooth.hyperledger.org/docs/1.2/architecture/) 

العملاء

يتبع Hyperledger Sawtooth نمط العميل/الخادم غير المتزامن. يرسل العملاء طلبات إلى الخادم، ويستجيب الخادم بصفار أو أكثر من الردود. يمكن للعملاء إرسال طلبات متعددة دون انتظار الردود، ويمكن للخوادم إرسال ردود متعددة دون انتظار طلبات جديدة.

واجهة برمجة التطبيقات REST

يوفر Hyperledger Sawtooth واجهة برمجة تطبيقات RESTish عملية تتيح للعملاء التفاعل مع المُصدّق باستخدام معايير JSON/HTTP الشائعة. تعمل واجهة برمجة التطبيقات REST كعملية منفصلة لتقديم المعاملات وقراءة الكتل بواجهة محايدة للغة. يتم توثيقها بشكل مكثف باستخدام مواصفات OpenAPI، مما يضمن الوضوح وإمكانية الوصول لكل من الآلات والبشر. تدعم واجهة برمجة التطبيقات REST أكواد حالة HTTP الشائعة لتحسين الجودة، مثل 404 لـ "غير موجود" و503 لـ "الخدمة غير متاحة". تستخدم غلاف JSON لإرسال البيانات الوصفية مرة أخرى إلى العملاء وتوفر معالجة الأخطاء مع خصائص الرمز والعنوان والرسالة. يتم دعم معاملات الاستعلام لتحديد تشكيل الطلب، وتوفر نقاط النهاية مراجع للموارد في سجل Sawtooth، بما في ذلك الكتل، والمعاملات، والبيانات الوصفية.

معالجو المعاملات

تقوم معالجات المعاملات بالتحقق من صحة المعاملات والتعامل مع منطق الأعمال، وتحديد ما إذا كان سيتم تضمينها في الحالة. تطبق تغييرات المعاملات وتضيفها إلى الكتلة التالية. تضمن عقد المُصدّق صحة توقيعات المعاملات. يمكن إضافة منطق إضافي إلى معالجات المعاملات لتلبية المتطلبات المحددة. تشمل معالجات المعاملات المضافة لمعالجة المعاملات وظائف apply وhelper. توفر فئة المعالج، التي تقدمها مجموعة تطوير البرامج (SDK)، وظائف عامة، بينما تحتوي فئة المعالج على منطق أعمال محدد للتطبيق. يتصل فئة معالج المعاملات مع المُصدّق وفئة المعالج.

محرك الإجماع

تم إعادة تصميم واجهة برمجة تطبيقات الإجماع ونقلها إلى عملية منفصلة تسمى "محرك الإجماع". توفر واجهة برمجة تطبيقات لإجماع الخوارزميات المستقلة عن اللغة، مما يوسع خيارات الإجماع لـ Sawtooth. يعمل محرك الإجماع كعملية منفصلة جنبًا إلى جنب مع واجهة برمجة التطبيقات REST ومعالجي المعاملات. يتضمن ثلاثة معالجات: BlockPublisher لإنشاء كتل مرشحة، وBlockVerifier للتحقق من الامتثال لقواعد الإجماع، وForkResolver لاختيار الكتلة التالية لتكون رأس السلسلة.

المُصدّق

في Hyperledger Sawtooth، تقوم العقد المصرح لها بالتحقق من صحة الكتل والمجموعات بشكل متشابه. يتضمن التحقق من صحة الكتلة التحقق من صلاحيات المعاملات على السلسلة وتطبيق قواعد التحقق من صحة الكتل على السلسلة. تُرسل المجموعات إلى مخطط المعاملات. يسهل طبقة الشبكة التواصل بين المُصدّقين، وواجهة برمجة التطبيقات REST، ومعالجي المعاملات، والعملاء. تتعامل مع اكتشاف الأقران، ومعالجة المعاملات، وإدارة الكتل، وتدعم محركات الإجماع. يدعم Sawtooth جدولة المعاملات على التوالي وعلى التوازي ويتعامل بكفاءة مع المعاملات التي تعدل عناوين الحالة نفسها. تتكون عملية المُصدّق من متحكم السلسلة، المسؤول عن الحفاظ على آخر كتلة في السلسلة الحالية وتحديد تحديثات رأس السلسلة، ومدير الكتل وناشرها، المسؤول عن إنشاء كتل مرشحة جديدة وإضافة المعاملات الصالحة إليها.

ميزات Hyperledger Sawtooth

إليك بعض الميزات الفريدة لـ Hyperledger Sawtooth:

• الفصل بين مستوى التطبيق والنظام الأساسي
• شبكات خاصة مع ميزات الصلاحيات في sawtooth
• تنفيذ المعاملات بالتوازي من خلال مخطط التوازي المتقدم
• دعم إنشاء وإرسال الأحداث
• توافق عقود EVM الذكية مع Seth
• إجماع ديناميكي
• عائلات معاملات نموذجية

الخلاصة 

مع استمرار نمو اعتماد تكنولوجيا سلسلة الكتل، تلعب منصات مثل Hyperledger Fabric وHyperledger Sawtooth دورًا حاسمًا في تمكين المنظمات من بناء حلول قائمة على سلسلة الكتل آمنة وقابلة للتوسع. يساهم النهج التعاوني لـ Hyperledger وقاعدة العضوية الواسعة في تطوير وتوحيد أدوات وشبكات سلسلة الكتل. بفضل بنياتها المعيارية، وآليات الإجماع القوية، ودعم العقود الذكية، توفر Hyperledger Fabric وHyperledger Sawtooth أساسًا متينًا للمنظمات التي تسعى للاستفادة من مزايا تكنولوجيا سلسلة الكتل. مع تطور مشهد سلسلة الكتل، يظل Hyperledger في الطليعة، مما يدفع الابتكار ويحول الصناعات في جميع أنحاء العالم.