Wie man die Möglichkeiten von Hyperledger Fabric und Sawtooth Blockchains erkundet

Die Welt der Blockchain-Technologie entwickelt sich rasant, und es entstehen diverse Plattformen und Frameworks, um den vielfältigen Bedürfnissen von Unternehmen gerecht zu werden. In diesem ausführlichen Artikel über die Blockchains Hyperledger Fabric und Sawtooth beleuchten wir die grundlegenden Konzepte, Architekturen und Funktionen dieser beiden führenden Blockchain-Plattformen. Von Hyperledgers Anfängen als globale Enterprise-Blockchain-Plattform bis hin zum modularen Design und den sicheren Smart-trac-Funktionen von Hyperledger Sawtooth bietet dieser Leitfaden Cryptopolitan wertvolle Einblicke in die Welt der Blockchain-Technologie.

Eine Einführung in Hyperledger

Hyperledger, eine globale Blockchain-Plattform für Unternehmen, wurde im Dezember 2015 von der Linux Organization gegründet. Ursprünglich mit 30 Teilnehmern gestartet, zählt sie mittlerweile über 120 Mitglieder. Hyperledger hat sich zum Ziel gesetzt, Open-Source-Blockchain-Netzwerke und -Plattformen für verschiedene Organisationen zu entwickeln und zu pflegen und stellt die notwendige Infrastruktur und Protokolle für die Entwicklung von Blockchain-Tools und -Netzwerken bereit. Die Zusammenarbeit fördert kommerzielle Blockchain-Initiativen durch die Bereitstellung von Prinzipien, Regeln und Methoden im Hyperledger Greenhouse, das Frameworks und Tools zur Unterstützung der Blockchain-Technologie umfasst.

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

Innerhalb des Hyperledger-Ökosystems arbeiten verschiedene Teilprojekte daran, die Effizienz und Qualität von Systemen und Diensten in einem Computernetzwerk zu verbessern. Zu diesen Teilprojekten gehören Hyperledger Fabric, Hyperledger Indy, Hyperledger Caliper, Hyperledger Burrow, Sawtooth, Composer und Cello. Die Feinheiten und Unterschiede zwischen diesen Projekten zu verstehen, kann insbesondere für Neueinsteiger in die Welt der Kryptowährungen eine Herausforderung sein.

Hyperledger Fabric: Modulare Anwendungen und sichere Blockchain-Lösungen für mehr Leistung

Hyperledger Fabric, eine Open-Source-Initiative der Hyperledger Corporation, bildet eine solide Grundlage für die Entwicklung modularer Anwendungen und treibt Innovationen im Bereich der Blockchain-Technologie voran. Als Blockchain-Plattform ermöglicht sie Unternehmen die Entwicklung von Blockchain-basierten Produkten und Anwendungen mithilfe von Plug-and-Play-Komponenten. Innerhalb der Hyperledger-Plattform arbeiten Ledger, Standards, Protokolle und Smarttracharmonisch zusammen, um effiziente und sichere Blockchain-Lösungen zu ermöglichen.

Einer der Hauptvorteile von Hyperledger Fabric liegt in seiner Fähigkeit, Daten zu trennen und Transaktionen zu beschleunigen. Als private Plattform arbeitet sie nach dem Prinzip der Zugriffsrechte und stellt sicher, dass nur autorisierte Benutzer eine Verbindung zum Netzwerk herstellen können. Durch die Beschränkung des Zugriffs auf interne Mitarbeiter können Unternehmen ihre Infrastruktur vor unbefugtem Zugriff schützen und ein exklusives Netzwerk aufbauen.

Hyperledger Fabric wurde speziell entwickelt, um die gängigen Einschränkungen traditioneller Blockchain-Lösungen, wie private Börsen unddenttrac, zu überwinden. Es bietet eine flexible und sichere Plattform für die Bereitstellung von Blockchain-Diensten in Industriequalität. Das Framework beinhaltet robuste Regeln zur Speicherung von Informationen über Netzwerkbenutzer und deren Zugriffsrechte und gewährleistet so eine detaillierte Kontrolle über Datenpunkte. Darüber hinaus unterstützt Hyperledger Fabric die Nutzung von Zugriffsrechten und ist damit ideal für Branchen wie Finanzen, Gesundheitswesen und viele weitere, in denen Datenschutz und die Einhaltung gesetzlicher Bestimmungen von entscheidender Bedeutung sind.

Architektur von Hyperledger Fabric

Konsensschicht

Die Konsensschicht gewährleistet die Übereinstimmung über die Transaktionsreihenfolge und validiert die Genauigkeit der Transaktionsdatenbank innerhalb eines Blocks. Sie kommuniziert über die Kommunikationsschicht mit Clients und Netzwerkpartnern. Durch die Einhaltung von Genehmigungs- und Konsensrichtlinien bestätigt sie die Korrektheit der Transaktionen in einem vorgeschlagenen Block. Sie arbeitet außerdem mit der Smart-trac-Schicht zusammen, um die Genauigkeit der geordneten Transaktionsdatenbank zu validieren und so zur Datensynchronisation und Transaktionskonsistenz im gesamten Netzwerk beizutragen.

Intelligentetrac

Die Smart-trac-Schicht validiert die Transaktionsgültigkeit anhand von Richtlinien undtracund stellt sicher, dass nur gültige Transaktionen in Blöcke aufgenommen werden. Sie umfasst zwei Arten: installierte Smarttracfür die Geschäftslogik vor dem Start und On-Chain Smarttracfür Geschäftsregeln, die durch bestätigte Transaktionen implementiert werden. In Hyperledger Fabric werden Smarttrac, auch Chaincode genannt, mit Sprachen wie Go, JavaScript (Node.js) und gegebenenfalls Java entwickelt. Chaincode läuft sicher in einem separaten Docker-Container, getrennt vom Prozess des bestätigenden Peers.

Kommunikationsschicht

Die Kommunikationsschicht ermöglicht den Peer-to-Peer-Nachrichtenaustausch zwischen Knoten in einem gemeinsamen Ledger. Sie erleichtert die Kommunikation zwischen Konsensschicht, Clients und Netzwerk-Peers. Transaktionen werden atomar und sequenziell ausgeführt, wobei das System als ein einziger Knoten behandelt wird. Eine erfolgreiche Kommunikation stellt sicher, dass alle fehlerfreien Knoten die übermittelten Transaktionen empfangen. Transport Layer Security (TLS) gewährleistet die sichere Kommunikation in Hyperledger Fabric und unterstützt sowohl die Einweg- als auch die Zweiweg-Authentifizierung.

trac

Dietracder Datenspeicher ermöglicht es Modulen, verschiedene Datenspeicher zu nutzen. In Hyperledger Fabric werden private Daten in einer dedizierten Datenbank auf autorisierten Peer-Knoten gespeichert und über Chaincode abgerufen. Ein Hash der geheimen Daten wird in den Ledgern aller Kanal-Peers gespeichert. Hyperledger Fabric unterstützt LevelDB und CouchDB als Zustandsdatenbanken. LevelDB speichert Chaincode-Daten als Schlüssel-Wert-Paare und ist in die Peer-Aktivitäten integriert. CouchDB, eine optionale externe Datenbank, ermöglicht komplexe JSON-Abfragen, wenn Chaincode-Daten im JSON-Format vorliegen. Eine erfolgreiche Bereitstellung installiert den Chaincode auf der Blockchain.

Krypto-trac

Dietracermöglicht die Verwendung verschiedener kryptografischer Verfahren oder Module, ohne andere Komponenten zu beeinträchtigen. Hyperledger Fabric Version 2.0 führt Fabtoken ein und ermöglicht so die Erstellung nativer Kryptowährungen. Hyperledger Besu, basierend auf Ethereum, ist eine Open-Source-Implementierung Ethereum die mit erlaubnisfreien Plattformen und dem Ethereum Netzwerk kompatibel ist. Hyperledger Besu unterstützt CPU- und GPU-Mining; für GPU-Mining-Tests wird Ethminer verwendet. Wichtig ist, dass Hyperledger Fabric keine Kryptowährungen wie Bitcoinunterstützt, sondern sich auf die Bereitstellung von Infrastruktur und Standards für industrielle Blockchain-basierte Anwendungen und Systeme konzentriert.

dent

Derdentetabliert eine vertrauenswürdige Stammzertifizierungsstelle, verwaltet die Registrierung vondentund ermöglicht Änderungen in einer Blockchain-Instanz. Er übernimmt Authentifizierung und Berechtigungsverwaltung und wird von der Smart-trac-Schicht zur Authentifizierung und Autorisierung von Entitäten während der Transaktionsverarbeitung genutzt. Hyperledger Fabric bietet einen persönlichendentzur Verwaltung von Benutzer-IDs und zur Authentifizierung von Netzwerkteilnehmern und ermöglicht so berechtigungsbasierte Netzwerke. Zugriffskontrolllisten (ACLs) fügen weitere Berechtigungsebenen hinzu, indem sie bestimmte Netzwerkaktionen autorisieren. Zertifizierungsstellen (CAs) wie die Hyperledger Fabric CA verwalten Zertifikate.

Richtliniendienst

Der Richtliniendienst verwaltet Systemrichtlinien wie Bestätigungen, Konsensfindung und Gruppenmanagement. Er arbeitet mit anderen Modulen zusammen, um diese Richtlinien effektiv durchzusetzen. In Hyperledger Fabric regeln Richtlinien den Genehmigungs- oder Ablehnungsprozess für Netzwerkänderungen, Routen und Smarttrac. Sie werden bei der initialen Kanaleinrichtung festgelegt und können im Laufe der Kanalentwicklung angepasst werden. Richtlinien zeichnen Hyperledger Fabric dadurch aus, dass sie sicherstellen, dass Transaktionen von autorisierten Netzwerkknoten generiert und bestätigt werden.

API

Das API-Modul ermöglicht die Interaktion von Clients und Anwendungen mit Blockchains. Es besteht aus drei API-Typen in Hyperledger. Die Admin-API verwaltet Operationen wie Laufzeitinstallation, Aktualisierung und Pinging. Die Common-API greift auf Informationen über das verbundene Business-Netzwerk zu und ermöglicht die Erstellung von Assets, Teilnehmern, Transaktionen und Ereignissen. Die Runtime-API erlaubt es Transaktionsfunktionen, Abfragen durchzuführen, Ereignisse auszulösen, Register abzurufen, auf Teilnehmerinformationen zuzugreifen und JavaScript-Objekte zu serialisieren. Sie unterstützt außerdem HTTP-REST-Aufrufe.

Interoperation

Interoperabilität ermöglicht die Kommunikation und Interaktion zwischen verschiedenen Blockchain-Instanzen. Sie basiert auf umfassenden Daten- und Transaktionsstandards, um das volle Potenzial der Blockchain-Technologie auszuschöpfen. Branchen wie die Lebensmittelsicherheit nutzen Datenstandards bereits für eine verbesserte Produkttransparenz. Die Realisierung von Interoperabilität und Integration stellt jedoch weiterhin eine große Herausforderung im Blockchain-Sektor dar und erfordert kontinuierliche Anstrengungen, um eine nahtlose Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Blockchain-Netzwerken zu gewährleisten.

Merkmale von Hyperledger Fabric

Hyperledger Fabric bietet eine Reihe von Kernfunktionen, darunter:

• Hochmodulare, zugriffsbasierte Architektur.
• Plug-and-Play-Konsensmechanismus.
• Offenes, intelligentestracfür flexible Umsetzung.
• Geringe Latenzzeit für Transaktionsabschluss/Bestätigung.
• Unterstützung für EVM und Solidity.
• Abfragebare Daten mittels schlüsselbasierter und JSON-Abfragen.
• Mehrsprachige intelligentetrac(Go, Java, JavaScript).
• Flexibler Datenschutz durch Kanäle und private Datensammlungen.
• Flexibles Zustimmungsmodell zur Konsensfindung über Organisationen hinweg.
• Reibungsloser Betrieb, einschließlich fortlaufender Upgrades und Unterstützung asymmetrischer Versionen.

Was ist Hyperledger Sawtooth?

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

Hyperledger Sawtooth zeichnet sich durch seinen modularen Aufbau aus, der es Organisationen und Konsortien ermöglicht, Richtlinien zu erstellen, die auf ihre spezifischen Anwendungsbereiche zugeschnitten sind. Anwendungen können Transaktions-, Berechtigungs- und Konsensalgorithmen auswählen, die ihren individuellen Geschäftsanforderungen entsprechen. Dies erhöht die Flexibilität im Vergleich zu traditionellen Blockchain-Systemen, bei denen Kern- und Anwendungsfunktionen auf derselben Plattform liegen, was potenziell Auswirkungen auf Sicherheit und Leistung haben kann.

Als Open-Source-Blockchain-as-a-Service-Plattform für Unternehmen ermöglicht Hyperledger Sawtooth die Ausführung kundenspezifischer Smarttracohne tiefgreifende Kenntnisse des zugrundeliegenden Kernsystems. Sie unterstützt verschiedene Konsensalgorithmen, darunter PBFT und PoET, und bietet ein benutzerfreundliches Design, das für den Unternehmenseinsatz optimiert ist. Darüber hinaus gewährleistet Sawtooth separate Berechtigungen und sichert so diedent, indem zentralisierte Dienste, die sensible Informationen preisgeben könnten, eliminiert werden.

Hyperledger Sawtooth fungiert als modulare Plattform und ermöglicht die Entwicklung, den Einsatz und den Betrieb verteilter Ledger. Es integriert den innovativen Konsensalgorithmus „Proof of Elapsed Time“ (PoET) und nutzt Trusted Execution Environments (TEEs) für einen fairen und effizienten Konsens. Dank seiner austauschbaren Konsensalgorithmen und der Unterstützung sowohl privater als auch offener Netzwerke bietet Sawtooth ein verteiltes Ledger, das Transaktionen protokolliert und die intelligentetracüber alle Netzwerkknoten hinweg gewährleistet. Transaktionen werden parallel verarbeitet, um die Leistung zu steigern.

Um die Bereitstellung und Ausführung von Smarttraczu vereinfachen, bietet Sawtooth die Sawtooth Lake SmarttracEngine an. Die Plattform stellt eine RESTful API für die nahtlose Interaktion mit dem Ledger und die Übermittlung von Transaktionen bereit. Hyperledger Sawtooth zeichnet sich durch Skalierbarkeit aus und unterstützt Netzwerke mit Tausenden von Knoten sowie die Verarbeitung von Millionen von Transaktionen pro Sekunde.

Hyperledger Sawtooth ist eine flexible und leistungsstarke Plattform für die Entwicklung und den Einsatz verteilter Ledger. Sie eignet sich für vielfältige Anwendungen wie Lieferkettenmanagement, tracdigitaler Assets und Wahlsysteme. Durch die Trennung des Kern-Ledger-Systems von anwendungsspezifischen Umgebungen vereinfacht Sawtooth die Anwendungsentwicklung bei gleichzeitiger Gewährleistung der Systemsicherheit. Dieser Ansatz ermöglicht es Entwicklern, anwendungsspezifische Geschäftsregeln zu defiund so Hosting, Verwaltung und Nutzung in ihrer bevorzugten Programmiersprache zu vereinfachen – auch außerhalb des Kern-Blockchain-Netzwerks.

Architektur des Hyperledger-Sägezahns

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

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

Kunden

Hyperledger Sawtooth verwendet ein asynchrones Client-Server-Muster. Clients senden Anfragen an den Server, der mit null oder mehreren Antworten reagiert. Clients können mehrere Anfragen senden, ohne auf Antworten warten zu müssen, und Server können mehrere Antworten senden, ohne auf neue Anfragen zu warten.

REST-API

Hyperledger Sawtooth bietet einematic REST-ähnliche API, die es Clients ermöglicht, über gängige JSON/HTTP-Standards mit einem Validator zu interagieren. Die REST-API dient als separater Prozess für die Transaktionsübermittlung und das Lesen von Blöcken und verfügt über eine sprachneutrale Schnittstelle. Sie ist umfassend gemäß der OpenAPI-Spezifikation dokumentiert und gewährleistet so Klarheit und Zugänglichkeit für Mensch und Maschine. Die REST-API unterstützt gängige HTTP-Statuscodes zur Qualitätsverbesserung, wie z. B. 404 für „Nicht gefunden“ und 503 für „Dienst nicht verfügbar“. Sie verwendet einen JSON-Envelope, um Metadaten an Clients zurückzusenden, und bietet Fehlerbehandlung mit den Eigenschaften Code, Titel und Nachricht. Abfrageparameter werden unterstützt, um die Anfragestruktur zu spezifizieren, und Endpunkte bieten Referenzen auf Ressourcen im Sawtooth-Ledger, darunter Blöcke, Transaktionen und Metadaten.

Transaktionsprozessoren

Transaktionsprozessoren validieren und verarbeiten die Geschäftslogik von Transaktionen und entscheiden, ob diese in den Zustand aufgenommen werden. Sie wenden Transaktionsänderungen an und fügen sie dem nächsten Block hinzu. Validierungsknoten gewährleisten die Gültigkeit von Transaktionssignaturen. Transaktionsprozessoren können um zusätzliche Logik erweitert werden, um spezifische Anforderungen zu erfüllen. Transaktionshandler, die zur Verarbeitung von Transaktionen hinzugefügt werden, enthalten Anwendungs- und Hilfsfunktionen. Die vom Software Development Kit (SDK) bereitgestellte Prozessorklasse bietet allgemeine Funktionalität, während die Handlerklasse anwendungsspezifische Geschäftslogik enthält. Die Transaktionsprozessorklasse verbindet sich mit der Validierungs- und der Handlerklasse.

Konsens-Engine

Die Konsens-API wurde überarbeitet und in einen separaten Prozess, die sogenannte „Konsens-Engine“, ausgelagert. Sie bietet eine Schnittstelle fürdent Konsensalgorithmen und erweitert so die Konsensoptionen für Sawtooth. Die Konsens-Engine läuft als eigenständiger Prozess parallel zur 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 Kettenkopf.

Validator

In Hyperledger Sawtooth validieren autorisierte Knoten Blöcke und Batches auf ähnliche Weise. Die Blockvalidierung umfasst die Prüfung der On-Chain-Transaktionsberechtigungen und die Anwendung der On-Chain-Blockvalidierungsregeln. Batches werden an den Transaktionsplaner gesendet. Die Netzwerkschicht ermöglicht die Kommunikation zwischen Validatoren, REST-API, Transaktionsprozessoren und Clients. Sie übernimmt die Peer-Erkennung, die Transaktionsverarbeitung, das Blockmanagement und unterstützt Konsensmechanismen. Sawtooth unterstützt sowohl die serielle als auch die parallele Ausführung von Transaktionen und verarbeitet Transaktionen, die dieselben Zustandsadressen ändern, effizient. Der Validierungsprozess besteht aus dem Chain-Controller, der für die Verwaltung des letzten Blocks der aktuellen Blockchain und die Ermittlung von Aktualisierungen des Blockchain-Heads zuständig ist, sowie dem Blockmanager und -publisher, die neue Kandidatenblöcke erstellen und gültige Transaktionen hinzufügen.

Merkmale der Hyperledger-Sägezahn

Hier einige der einzigartigen Merkmale von Hyperledger Sawtooth:

• Trennung zwischen Anwendungsebene und Kernsystem
• Private Netzwerke mit den Sawtooth-Berechtigungsfunktionen
• Parallele Transaktionsausführung durch den erweiterten parallelen Scheduler
• Unterstützung bei der Erstellung und Übertragung von Veranstaltungen
• Ethereum EVM Smarttrac-Kompatibilität mit Seth
• Dynamischer Konsens
• Beispielhafte Transaktionsfamilien

Abschluss 

Mit der zunehmenden Verbreitung der Blockchain-Technologie spielen Plattformen wie Hyperledger Fabric und Hyperledger Sawtooth eine entscheidende Rolle, indem sie Unternehmen die Entwicklung sicherer und skalierbarer Blockchain-basierter Lösungen ermöglichen. Hyperledgers kollaborativer Ansatz und die große Mitgliederbasis tragen zur Entwicklung und Standardisierung von Blockchain-Tools und -Netzwerken bei. Dank ihrer modularen Architekturen, robusten Konsensmechanismen und der Unterstützung von Smarttracbieten Hyperledger Fabric und Hyperledger Sawtooth eine solide Grundlage für Unternehmen, die die Vorteile der Blockchain-Technologie nutzen möchten. Auch in der sich stetig weiterentwickelnden Blockchain-Landschaft bleibt Hyperledger führend, treibt Innovationen voran und transformiert Branchen weltweit.