So erkunden Sie die Fähigkeiten der Hyperledger Fabric- und Sawtooth-Blockchains

Die Welt der Blockchain-Technologie entwickelt sich rasant, wobei verschiedene Plattformen und Frameworks entstehen, um den vielfältigen Bedürfnissen von Organisationen gerecht zu werden. In dieser tiefgehenden Auseinandersetzung mit den Hyperledger Fabric- und Sawtooth-Blockchains werden wir die grundlegenden Konzepte, Architekturen und Funktionen dieser beiden prominenten Blockchain-Plattformen erkunden. Von Hyperledgers Ursprung als globale Enterprise-Blockchain-Plattform bis hin zum modularen Design und den sicheren Smart-Contract-Fähigkeiten von Hyperledger Sawtooth bietet dieser Cryptopolitan-Leitfaden wertvolle Einblicke in die Welt der Blockchain-Technologie.

Eine Einführung in Hyperledger

Hyperledger, eine globale Enterprise-Blockchain-Plattform, wurde im Dezember 2015 von der Linux Foundation gegründet. Ursprünglich aus 30 Teilnehmern bestehend, hat es sich auf über 120 Mitglieder ausgeweitet. Hyperledger zielt darauf ab, Open-Source-Blockchain-Netzwerke und -Plattformen für verschiedene Organisationen zu erstellen und zu warten und bietet die notwendige Infrastruktur und Protokolle für die Entwicklung von Blockchain-Tools und -Netzwerken. Die Zusammenarbeit fördert kommerzielle Blockchain-Initiativen, indem sie einen Satz von Prinzipien, Regeln und Methoden über das Hyperledger Greenhouse anbietet, das Frameworks und Tools zur Unterstützung der Blockchain-Technologie umfasst.

Mit einer vielfältigen Palette führender Organisationen in den Bereichen Finanzen, Bankwesen, IoT, Supply-Chain-Management, Fertigung und Produktion sowie Technologie verfügt Hyperledger über eine bemerkenswerte Mitgliederbasis. Unternehmen wie Bosch, Daimler, IBM, Samsung, Microsoft, Hitachi, American Express, JP Morgan und Visa sind aktiv daran beteiligt, die Zukunft der Blockchain-Technologie zu gestalten. Darüber hinaus tragen mehrere blockchain-basierte Unternehmen wie Blockforce und ConsenSys zum Hyperledger-Projekt bei.

Innerhalb des Hyperledger-Ökosystems operieren verschiedene Unterprojekte, um die Effizienz und Qualität von Systemen und Diensten in einem Netzwerk von Computern zu verbessern. Diese Unterprojekte umfassen Hyperledger Fabric, Hyperledger Indy, Hyperledger Caliper, Hyperledger Burrow, Sawtooth, Composer und Cello. Die Nuancen und Unterschiede zwischen diesen Projekten zu verstehen, kann insbesondere für Neulinge im Kryptowährungsbereich herausfordernd sein.

Hyperledger Fabric: Modular Apps und sichere Blockchain-Lösungen stärken

Hyperledger Fabric, eine Open-Source-Initiative der Hyperledger Corporation, dient als robuste Grundlage für den Aufbau modularer Anwendungen und treibt Innovationen im Bereich der Blockchain-Technologie voran. Als Blockchain-Plattform ermöglicht es privaten Unternehmen, blockchain-basierte Produkte und Anwendungen zu konstruieren, indem sie Plug-and-Play-Komponenten nutzen. Innerhalb der Hyperledger-Plattform arbeiten Ledger, Standards, Protokolle und Smart Contracts harmonisch zusammen, um effiziente und sichere Blockchain-Lösungen zu ermöglichen.

Einer der wichtigsten Vorteile von Hyperledger Fabric liegt in seiner Fähigkeit, die Datentrennung zu erleichtern und Transaktionen zu beschleunigen. Als private Plattform basiert es auf dem Prinzip der Zugriffsrechte und stellt sicher, dass nur autorisierte Benutzer eine Verbindung zum Netzwerk herstellen können. Durch die Einschränkung des Zugriffs auf internes Personal können Unternehmen ihre Infrastruktur vor unbefugten Entitäten absichern und ein exklusives Netzwerkssystem etablieren.

Hyperledger Fabric wurde speziell entwickelt, um häufige Einschränkungen traditioneller Blockchain-Lösungen wie privater Börsen und vertraulicher Verträge zu überwinden. Es bietet eine flexible und sichere Plattform für die Bereitstellung von Blockchain-Diensten im industriellen Maßstab. Das Framework enthält robuste Regeln zur Speicherung von Informationen über Netzwerkbenutzer und deren Zugriffsrechte, um eine granulare Kontrolle über Datenpunkte zu gewährleisten. Darüber hinaus unterstützt Hyperledger Fabric eine genehmigungspflichtige Mitgliedschaft, was es zur idealen Wahl für Sektoren wie Finanzen, Gesundheitswesen und mehr macht, in denen Datenschutz und regulatorische Compliance entscheidende Überlegungen sind.

Architektur von Hyperledger Fabric

Konsensschicht

Die Konsensschicht stellt die Einigung über die Transaktionsreihenfolge sicher und validiert die Genauigkeit der Transaktionsdatenbank innerhalb eines Blocks. Sie kommuniziert mit Clients und Netzwerk-Peers über die Kommunikationsschicht. Durch die Einhaltung von Genehmigungs- und Konsensrichtlinien bestätigt sie die Korrektheit von Transaktionen in einem vorgeschlagenen Block. Sie arbeitet auch mit der Smart-Contract-Schicht zusammen, um die Genauigkeit der geordneten Transaktionsdatenbank zu validieren, und trägt so zur Datensynchronisation und Transaktionskonsistenz im gesamten Netzwerk bei.

Smart-Contract-Schicht

Die Smart-Contract-Schicht validiert die Gültigkeit von Transaktionen basierend auf Richtlinien und Verträgen und stellt sicher, dass nur gültige Transaktionen in Blöcken enthalten sind. Sie umfasst zwei Arten: installierte Smart Contracts für die Business-Logik vor dem Launch und On-Chain-Smart Contracts für Geschäftsregeln, die durch abgeschlossene Transaktionen implementiert werden. In Hyperledger Fabric werden Smart Contracts, sogenannte Chaincode, in Sprachen wie Go, JavaScript (Node.js) und potenziell Java entwickelt. Chaincode läuft sicher in einem separaten Docker-Container vom Endorsement-Peer-Prozess.

Kommunikationsschicht

Die Kommunikationsschicht ermöglicht die Peer-to-Peer-Nachrichtenübertragung zwischen Knoten in einem gemeinsamen Ledger. Sie erleichtert die Kommunikation zwischen der Konsensschicht, Clients und Netzwerk-Peers. Transaktionen werden atomar und sequentiell ausgeführt, wobei das System als einzelner Knoten behandelt wird. Erfolgreiche Kommunikation stellt sicher, dass alle nicht fehlerhaften Knoten eingereichte Transaktionen erhalten. Transport Layer Security (TLS) gewährleistet eine sichere Kommunikation in Hyperledger Fabric und unterstützt einseitige und zweiseitige Authentifizierung.

Data-Store-Abstraktion

Die Data-Store-Abstraktion ermöglicht es Modulen, verschiedene Datenspeicher zu verwenden. In Hyperledger Fabric werden private Daten in einer dedizierten Datenbank auf autorisierten Peer-Knoten gespeichert, die über Chaincode zugänglich ist. Ein Hash der geheimen Daten wird in den Ledgern aller Channel-Peers aufgezeichnet. Hyperledger Fabric unterstützt LevelDB und CouchDB als State-Datenbanken. LevelDB speichert Chaincode-Daten als Key-Value-Paare, die in die Peer-Aktivität integriert sind. CouchDB, eine optionale externe Datenbank, ermöglicht umfangreiche JSON-Abfragen, wenn Chaincode-Daten im JSON-Format dargestellt werden. Bei erfolgreicher Bereitstellung wird der Chaincode „auf“ die Blockchain installiert.

Crypto-Abstraktion

Die Crypto-Abstraktion ermöglicht die Verwendung verschiedener kryptografischer Techniken oder Module, ohne andere Komponenten zu beeinträchtigen. Hyperledger Fabric Version 2.0 führt Fabtoken ein, das die Erstellung von nativen Kryptowährungen ermöglicht. Hyperledger Besu, basierend auf Ethereum, ist eine Open-Source-Implementierung von Ethereum, die mit permissionless-Plattformen und dem Ethereum-Netzwerk kompatibel ist. Hyperledger Besu unterstützt CPU- und GPU-Mining, wobei Ethminer für GPU-Mining-Tests verwendet wird. Es ist wichtig zu beachten, dass Hyperledger Fabric keine Kryptowährungen wie Bitcoin unterstützt, sondern sich auf die Bereitstellung von Infrastruktur und Standards für industrielle blockchain-basierte Anwendungen und Systeme konzentriert.

Identitätsdienst

Der Identitätsdienst stellt eine vertrauenswürdige Wurzel her, verwaltet die Einschreibung und Registrierung von Identitäten und erleichtert Änderungen in einer Blockchain-Instanz. Er behandelt Authentifizierung, Berechtigungen und wird von der Smart-Contract-Schicht verwendet, um Entitäten während der Transaktionsverarbeitung zu authentifizieren und zu autorisieren. Hyperledger Fabric bietet einen persönlichen Identitätsdienst zur Verwaltung von Benutzer-IDs und zur Authentifizierung von Netzwerkteilnehmern, was permissioned-Netzwerke ermöglicht. Zugriffskontrolllisten fügen weitere Berechtigungsebenen hinzu, indem sie bestimmte Netzwerkaktionen autorisieren. Zertifizierungsstellen (CAs), wie Hyperledger Fabric CA, verwalten Zertifikate.

Richtliniendienst

Der Richtliniendienst verwaltet Systemrichtlinien wie Endorsements, Konsens und Gruppenverwaltung. Er arbeitet mit anderen Modulen zusammen, um diese Richtlinien effektiv durchzusetzen. In Hyperledger Fabric regeln Richtlinien den Genehmigungs- oder Ablehnungsprozess für Netzwerkänderungen, Routen und Smart Contracts. Sie werden während des initialen Channel-Setups festgelegt und können angepasst werden, wenn sich der Channel weiterentwickelt. Richtlinien unterscheiden Hyperledger Fabric, indem sie sicherstellen, dass Transaktionen von genehmigten Netzwerk-Knoten generiert und bestätigt werden.

API

Das API-Modul ermöglicht die Interaktion von Clients und Anwendungen mit Blockchains. Es besteht aus drei Arten von APIs in Hyperledger. Die Admin-API verwaltet Operationen wie Runtime-Installation, Aktualisierung und Ping. Die Common-API greift auf Informationen über das verbundene Business Network zu und erleichtert die Erstellung von Assets, Teilnehmern, Transaktionen und Ereignissen. Die Runtime-API ermöglicht es Transaktionsfunktionen, Abfragen zu stellen, Ereignisse auszulösen, Register abzurufen, Teilnehmerinformationen abzurufen und JavaScript-Objekte zu serialisieren. Sie unterstützt auch HTTP-REST-Aufrufe.

Interoperabilität

Interoperabilität ermöglicht Kommunikation und Interaktion zwischen separaten Blockchain-Instanzen. Sie basiert auf umfassenden Daten- und Transaktionsstandards, um das volle Potenzial der Blockchain-Technologie zu erschließen. Branchen wie die Lebensmittelsicherheit haben Datenstandards für eine verbesserte Produkttransparenz genutzt. Die Erreichung von Interoperabilität und Integration bleibt jedoch eine erhebliche Herausforderung im Blockchain-Sektor, was fortlaufende Bemühungen zur Herstellung einer nahtlosen Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Blockchain-Netzwerken erforderlich macht.

Funktionen von Hyperledger Fabric

Hyperledger Fabric bietet eine Reihe von Kernfunktionen, darunter:

• Hochgradig modulare, permissioned Architektur.
• Plug-and-Play-Konsensmechanismus.
• Offenes Smart-Contract-Modell für flexible Implementierung.
• Niedrige Latenz für Transaktionsfinalität/-bestätigung.
• Unterstützung für EVM und Solidity.
• Abfragbare Daten mit Schlüssel-basierten und JSON-Abfragen.
• Multi-Sprachen-Smart-Contract-Unterstützung (Go, Java, JavaScript).
• Flexible Datenprivatsphäre durch Channels und Private Data Collections.
• Flexibles Endorsement-Modell für Konsens über Organisationen hinweg.
• Nahtlose Operationen, einschließlich Rolling Upgrades und asymmetrischer Versionsunterstützung.

Was ist Hyperledger Sawtooth?

Hyperledger Sawtooth ist eine Enterprise-Blockchain-Plattform, die die Erstellung und den Betrieb verteilter Ledger-Netzwerke und -Anwendungen ermöglicht. Sie priorisiert sichere Smart Contracts für Enterprise-Anwendungsfälle und folgt einem Blockchain-as-a-Service (BaaS)-Modell.

Hyperledger Sawtooth unterscheidet sich durch sein modulares Design, das es Organisationen und Konsortien ermöglicht, Richtlinien zu etablieren, die auf ihre spezifischen Domänen zugeschnitten sind. Anwendungen können transaktionale, permissioning- und Konsensalgorithmen auswählen, die ihren einzigartigen geschäftlichen Anforderungen entsprechen, was die Flexibilität im Vergleich zu traditionellen Blockchain-Systemen erhöht, bei denen Core- und App-Funktionalitäten auf derselben Plattform residieren und potenziell Sicherheit und Leistung beeinträchtigen können.

Als Open-Source-Enterprise-Blockchain-as-a-Service-Plattform ermöglicht Hyperledger Sawtooth die Ausführung von maßgeschneiderten Smart Contracts, ohne dass tiefgehende Kenntnisse des zugrunde liegenden Core-Systemdesigns erforderlich sind. Es unterstützt verschiedene Konsensalgorithmen, einschließlich PBFT und PoET, und bietet ein benutzerfreundliches Design, das für die Enterprise-Nutzung optimiert ist. Darüber hinaus gewährleistet Sawtooth eine separate Berechtigungsverwaltung, die Vertraulichkeit durch die Eliminierung zentralisierter Dienste sicherstellt, die sensible Informationen preisgeben könnten.

Als modulare Plattform ermöglicht Hyperledger Sawtooth die Entwicklung, Bereitstellung und den Betrieb verteilter Ledger. Es integriert den innovativen Konsensalgorithmus „Proof of Elapsed Time“ (PoET), der Trusted Execution Environments (TEEs) für fairen und effizienten Konsens nutzt. Mit seinen austauschbaren Konsensalgorithmen und der Unterstützung sowohl für permissioned- als auch permissionless-Netzwerke bietet Sawtooth ein verteiltes Ledger, das Transaktionen und Smart-Contract-Ausführungen über Netzwerk-Knoten hinweg protokolliert. Transaktionen werden parallel verarbeitet, um die Leistung zu erhöhen.

Um die Bereitstellung und Ausführung von Smart Contracts zu vereinfachen, bietet Sawtooth die Smart-Contract-Engine Sawtooth Lake an. Die Plattform stellt eine RESTful-API für eine nahtlose Interaktion mit dem Ledger und die Übermittlung von Transaktionen bereit. Hyperledger Sawtooth zeichnet sich durch Skalierbarkeit aus und kann Netzwerke mit Tausenden von Knoten sowie die Verarbeitung von Millionen von Transaktionen pro Sekunde unterstützen.

Hyperledger Sawtooth ist eine flexible und leistungsstarke Plattform zum Erstellen und Bereitstellen verteilter Ledger. Sie kommt in verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz, wie z. B. Supply-Chain-Management, Verfolgung digitaler Assets und Wahlsystemen. Durch die Trennung des Kern-Ledger-Systems von anwendungsspezifischen Umgebungen vereinfacht Sawtooth die App-Entwicklung und gewährleistet gleichzeitig die Systemsicherheit. Dieser Ansatz ermöglicht es Entwicklern, geschäftsspezifische Regeln für ihre Anwendungen zu definieren, was das Hosting, Management und die Nutzung in der bevorzugten Programmiersprache erleichtert, auch außerhalb des Kern-Blockchain-Netzwerks.

Architektur von Hyperledger Sawtooth

Werfen wir einen detaillierten Blick auf die Architektur und Funktionen von Hyperledger Sawtooth:

Hyperledger Sawtooth Architekturdiagramm (Quelle: sawtooth.hyperledger.org/docs/1.2/architecture/) 

Clients

Hyperledger Sawtooth folgt einem asynchronen Client/Server-Muster. Clients senden Anfragen an den Server, und der Server antwortet mit null oder mehreren Antworten. Clients können mehrere Anfragen senden, ohne auf Antworten zu warten, und Server können mehrere Antworten senden, ohne auf neue Anfragen zu warten.

REST-API

Hyperledger Sawtooth bietet eine pragmatische REST-ähnliche API, die es Clients ermöglicht, mit einem Validator unter Verwendung gängiger JSON/HTTP-Standards zu interagieren. Die REST-API fungiert als separater Prozess für die Transaktionseinsendung und das Lesen von Blöcken mit einer sprachneutralen Schnittstelle. Sie ist umfangreich mit der OpenAPI-Spezifikation dokumentiert, was Klarheit und Zugänglichkeit für Maschinen und Menschen gewährleistet. Die REST-API unterstützt gängige HTTP-Statuscodes zur Qualitätsverbesserung, wie 404 für „Nicht gefunden“ und 503 für „Dienst nicht verfügbar“. Sie verwendet eine JSON-Hülle, um Metadaten an Clients zurückzusenden, und bietet Fehlerbehandlung mit Code-, Titel- und Nachrichteneigenschaften. Abfrageparameter werden unterstützt, um die Anforderungsbildung zu spezifizieren, und Endpunkte bieten Verweise auf Ressourcen im Sawtooth-Ledger, einschließlich Blöcken, Transaktionen und Metadaten.

Transaktionsprozessoren

Transaktionsprozessoren validieren und verarbeiten die Geschäftslogik für Transaktionen und entscheiden, ob diese in den Zustand aufgenommen werden. Sie wenden Transaktionsänderungen an und fügen sie dem nächsten Block hinzu. Validator-Knoten stellen die Gültigkeit der Transaktionssignaturen sicher. Zusätzliche Logik kann zu Transaktionsprozessoren hinzugefügt werden, um spezifische Anforderungen zu erfüllen. Transaktions-Handler, die zur Verarbeitung von Transaktionen hinzugefügt werden, umfassen apply- und Helper-Funktionen. Die Prozessor-Klasse, die vom Software Development Kit (SDK) bereitgestellt wird, bietet allgemeine Funktionalität, während die Handler-Klasse anwendungsspezifische Geschäftslogik enthält. Die Transaktionsprozessorklasse verbindet sich mit dem Validator und der Handler-Klasse.

Konsens-Engine

Die Konsens-API wurde neu gestaltet und in einen separaten Prozess namens „Consensus Engine“ verschoben. Sie bietet eine Schnittstelle für sprachunabhängige Konsensalgorithmen und erweitert die Konsensoptionen für Sawtooth. Die Consensus Engine läuft als separater Prozess neben der REST-API und den Transaktionsprozessoren. Sie umfasst drei Prozessoren: BlockPublisher zum Erstellen von Kandidatenblöcken, BlockVerifier zur Überprüfung der Einhaltung der Konsensregeln und ForkResolver zur Auswahl des nächsten Blocks als Chain Head.

Validator

In Hyperledger Sawtooth validieren autorisierte Knoten Blöcke und Batches ähnlich. Die Blockvalidierung umfasst die Überprüfung von On-Chain-Transaktionsberechtigungen und die Anwendung von On-Chain-Blockvalidierungsregeln. Batches werden an den Transaktionsscheduler gesendet. Die Netzwerkschicht erleichtert die Kommunikation zwischen Validatoren, REST-API, Transaktionsprozessoren und Clients. Sie behandelt Peer-Discovery, Transaktionsverarbeitung, Blockverwaltung und unterstützt Konsens-Engines. Sawtooth unterstützt sowohl die serielle als auch die parallele Planung von Transaktionen und verarbeitet effizient Transaktionen, die dieselben Statusadressen ändern. Der Validator-Prozess besteht aus dem Chain Controller, der für die Aufrechterhaltung des letzten Blocks der aktuellen Chain und die Bestimmung von Chain-Head-Updates verantwortlich ist, sowie dem Block Manager und Publisher, der für das Erstellen neuer Kandidatenblöcke und das Hinzufügen gültiger Transaktionen dazu verantwortlich ist.

Funktionen von Hyperledger Sawtooth

Hier sind einige der einzigartigen Funktionen von Hyperledger Sawtooth:

• Trennung zwischen der Anwendungsebene und dem Kernsystem
• Private Netzwerke mit den Sawtooth-Berechtigungsfeatures
• Parallele Transaktionsausführung durch den erweiterten parallelen Scheduler
• Unterstützung zum Erstellen und Senden von Events
• Ethereum EVM Smart Contract Kompatibilität mit Seth
• Dynamischer Konsens
• Beispiel-Transaktionsfamilien

Fazit 

Da die Akzeptanz der Blockchain-Technologie weiter wächst, spielen Plattformen wie Hyperledger Fabric und Hyperledger Sawtooth eine entscheidende Rolle dabei, Organisationen zu ermöglichen, sichere und skalierbare blockchain-basierte Lösungen zu entwickeln. Der kollaborative Ansatz und die umfangreiche Mitgliederbasis von Hyperledger tragen zur Entwicklung und Standardisierung von Blockchain-Tools und -Netzwerken bei. Mit ihren modularen Architekturen, robusten Konsensmechanismen und der Unterstützung für Smart Contracts bieten Hyperledger Fabric und Hyperledger Sawtooth eine solide Grundlage für Organisationen, die die Vorteile der Blockchain-Technologie nutzen möchten. Während sich die Blockchain-Landschaft weiterentwickelt, bleibt Hyperledger an vorderster Front und treibt Innovationen voran, die Branchen weltweit transformieren.