Como Explorar as Capacidades das Blockchains Hyperledger Fabric e Sawtooth

O mundo da tecnologia blockchain está em rápida evolução, com diversas plataformas e frameworks surgindo para atender às necessidades diversas das organizações. Neste mergulho profundo nas blockchains Hyperledger Fabric e Sawtooth, exploraremos os conceitos fundamentais, arquiteturas e recursos dessas duas plataformas de blockchain proeminentes. Desde a criação do Hyperledger como uma plataforma global de blockchain empresarial até o design modular e as capacidades seguras de contratos inteligentes do Hyperledger Sawtooth, este guia da Cryptopolitan oferece insights valiosos sobre o mundo da tecnologia blockchain.

Uma Introdução ao Hyperledger

O Hyperledger, uma plataforma global de blockchain empresarial, foi estabelecido pela Linux Foundation em dezembro de 2015. Inicialmente composto por 30 participantes, cresceu para abranger mais de 120 membros. O Hyperledger visa criar e manter redes e plataformas de blockchain de código aberto para várias organizações, fornecendo a infraestrutura e os protocolos necessários para o desenvolvimento de ferramentas e redes de blockchain. A colaboração fomenta iniciativas comerciais de blockchain oferecendo um conjunto de princípios, regras e métodos por meio do Hyperledger Greenhouse, que inclui frameworks e ferramentas que suportam a tecnologia blockchain.

Com uma ampla gama de organizações líderes em finanças, bancos, IoT, gestão da cadeia de suprimentos, manufatura e produção, e tecnologia, o Hyperledger possui uma base de membros notável. Empresas como Bosch, Daimler, IBM, Samsung, Microsoft, Hitachi, American Express, JP Morgan e Visa estão ativamente envolvidas na moldagem do futuro da tecnologia blockchain. Além disso, várias empresas baseadas em blockchain, como Blockforce e ConsenSys, contribuem para o projeto Hyperledger.

Dentro do ecossistema Hyperledger, vários subprojetos operam para melhorar a eficiência e a qualidade dos sistemas e serviços em uma rede de computadores. Esses subprojetos incluem Hyperledger Fabric, Hyperledger Indy, Hyperledger Caliper, Hyperledger Burrow, Sawtooth, Composer e Cello. Compreender as nuances e diferenças entre esses projetos pode ser desafiador, especialmente para os novatos no espaço das criptomoedas.

Hyperledger Fabric: Capacitando Aplicações Modulares e Soluções Blockchain Seguras

O Hyperledger Fabric, uma iniciativa de código aberto da corporação Hyperledger, serve como uma base robusta para construir aplicações modulares e impulsionar a inovação no campo da tecnologia blockchain. Posicionado como uma plataforma de blockchain, capacita empresas privadas a construir produtos e aplicações baseados em blockchain, aproveitando componentes plug-and-play. Dentro da plataforma Hyperledger, os livros-razão, padrões, protocolos e contratos inteligentes trabalham em harmonia para permitir soluções de blockchain eficientes e seguras.

Uma das principais vantagens do Hyperledger Fabric reside em sua capacidade de facilitar a segregação de dados e acelerar as transações. Como uma plataforma privada, opera com base no princípio de direitos de acesso, garantindo que apenas usuários autorizados possam se conectar à rede. Ao restringir o acesso ao pessoal interno, as empresas podem fortalecer sua infraestrutura contra entidades não autorizadas e estabelecer um sistema de rede exclusivo.

O Hyperledger Fabric foi projetado especificamente para superar as limitações comuns associadas às soluções de blockchain tradicionais, como exchanges privadas e contratos confidenciais. Oferece uma plataforma flexível e segura para fornecer serviços de blockchain de nível industrial. O framework incorpora regras robustas para armazenar informações sobre os usuários da rede e seus privilégios de acesso, garantindo controle granular sobre os pontos de dados. Além disso, o Hyperledger Fabric oferece suporte a membros com permissão, tornando-o uma escolha ideal para setores como finanças, saúde e outros, onde a privacidade e a conformidade regulatória são considerações críticas.

Arquitetura do Hyperledger Fabric

Camada de Consenso

A camada de consenso garante o acordo sobre a ordem das transações e valida a precisão do banco de dados de transações dentro de um bloco. Ela se comunica com os clientes e os pares da rede por meio da camada de comunicação. Ao aderir às políticas de aprovação e consenso, ela confirma a correção das transações em um bloco proposto. Ela também colabora com a camada de contratos inteligentes para validar a precisão do banco de dados de transações ordenadas, contribuindo para a sincronização de dados e a consistência das transações em toda a rede.

Camada de Contratos Inteligentes

A camada de contratos inteligentes valida a validade das transações com base em políticas e contratos, garantindo que apenas transações válidas sejam incluídas nos blocos. Ela compreende dois tipos: contratos inteligentes instalados para a lógica de negócios pré-lançamento e contratos inteligentes na cadeia para regras de negócios implementadas por meio de transações comprometidas. No Hyperledger Fabric, os contratos inteligentes, chamados de chaincode, são desenvolvidos usando linguagens como Go, JavaScript (Node.js) e potencialmente Java. O chaincode é executado com segurança em um contêiner Docker separado do processo de peer endorser.

Camada de Comunicação

A camada de comunicação permite a transferência de mensagens peer-to-peer entre nós em um livro-razão compartilhado. Facilita a comunicação entre a camada de consenso, clientes e pares da rede. As transações são executadas atômica e sequencialmente, tratando o sistema como um único nó. A comunicação bem-sucedida garante que todos os nós não defeituosos recebam as transações submetidas. O Transport Layer Security (TLS) garante a comunicação segura no Hyperledger Fabric, suportando autenticação unidirecional e bidirecional.

Abstração de Armazenamento de Dados

A abstração de armazenamento de dados permite que os módulos usem diferentes bancos de dados. No Hyperledger Fabric, os dados privados são armazenados em um banco de dados dedicado em nós peer autorizados, acessados por meio do chaincode. Um hash dos dados secretos é registrado nos livros-razão de todos os peers do canal. O Hyperledger Fabric oferece suporte ao LevelDB e ao CouchDB como bancos de dados de estado. O LevelDB armazena os dados do chaincode como pares chave-valor, integrados à atividade do peer. O CouchDB, um banco de dados externo opcional, permite consultas JSON ricas quando os dados do chaincode são representados no formato JSON. A implantação bem-sucedida instala o chaincode “na” blockchain.

Abstração Criptográfica

A abstração criptográfica permite o uso de diferentes técnicas ou módulos criptográficos sem afetar outros componentes. A versão 2.0 do Hyperledger Fabric introduz o Fabtoken, permitindo a criação de criptomoedas nativas. O Hyperledger Besu, baseado no Ethereum, é uma implementação pública de código aberto do Ethereum compatível com plataformas sem permissão e a rede Ethereum. O Hyperledger Besu oferece suporte à mineração de CPU e GPU, com o Ethminer usado para testes de mineração de GPU. É importante notar que o Hyperledger Fabric não oferece suporte a criptomoedas como Bitcoin, mas foca em fornecer infraestrutura e padrões para aplicações e sistemas industriais baseados em blockchain.

Serviço de Identidade

O serviço de identidade estabelece uma raiz confiável, gerencia o cadastro e o registro de identidades e facilita as alterações em uma instância de blockchain. Ele lida com autenticação, permissão e é utilizado pela camada de contratos inteligentes para autenticar e autorizar entidades durante o processamento de transações. O Hyperledger Fabric fornece um serviço de identidade pessoal para gerenciar IDs de usuário e autenticar participantes da rede, permitindo redes com permissão. As listas de controle de acesso adicionam camadas de permissão autorizando ações específicas da rede. Autoridades de Certificação (CAs), como a Hyperledger Fabric CA, gerenciam certificados.

Serviço de Políticas

O serviço de políticas gerencia políticas do sistema, como endossos, consenso e gestão de grupos. Ele colabora com outros módulos para aplicar essas políticas efetivamente. No Hyperledger Fabric, as políticas governam o processo de aprovação ou rejeição de alterações na rede, rotas e contratos inteligentes. Elas são estabelecidas durante a configuração inicial do canal e podem ser modificadas conforme o canal evolui. As políticas distinguem o Hyperledger Fabric, garantindo que as transações sejam geradas e confirmadas por nós de rede aprovados.

API

O módulo de API permite a interação de clientes e aplicativos com blockchains. Consiste em três tipos de APIs no Hyperledger. A API de administração gerencia operações como instalação em tempo de execução, atualização e ping. A API comum acessa informações sobre a Business Network conectada e facilita a criação de ativos, participantes, transações e eventos. A API de tempo de execução permite que funções de transação consultem, emitam eventos, recuperem registros, acessem informações de participantes e serializem objetos JavaScript. Ela também oferece suporte a chamadas HTTP REST.

Interoperabilidade

A interoperabilidade permite a comunicação e interação entre instâncias de blockchain separadas. Ela depende de padrões abrangentes de dados e transações para desbloquear todo o potencial da tecnologia blockchain. Indústrias como a segurança de alimentos aproveitaram os padrões de dados para melhorar a visibilidade dos produtos. No entanto, alcançar interoperabilidade e integração permanece um desafio significativo no setor de blockchain, exigindo esforços contínuos para estabelecer comunicação e colaboração perfeitas entre diversas redes de blockchain.

Recursos do Hyperledger Fabric

O Hyperledger Fabric oferece uma variedade de recursos principais, incluindo:

• Arquitetura altamente modular e com permissão.
• Mecanismo de consenso plug-and-play.
• Modelo de contrato inteligente aberto para implementação flexível.
• Baixa latência para finalidade/confirmação de transações.
• Suporte a EVM e Solidity.
• Dados consultáveis com consultas baseadas em chave e JSON.
• Suporte a contratos inteligentes em múltiplas linguagens (Go, Java, JavaScript).
• Privacidade de dados flexível por meio de canais e coleções de dados privados.
• Modelo de endosso flexível para consenso entre organizações.
• Operações perfeitas, incluindo atualizações em rotação e suporte a versões assimétricas.

O que é o Hyperledger Sawtooth?

O Hyperledger Sawtooth é uma plataforma de blockchain empresarial que facilita a criação e operação de redes e aplicações de livro-razão distribuído. Ele prioriza contratos inteligentes seguros para casos de uso empresariais e segue um modelo de blockchain-como-serviço (BaaS).

O Hyperledger Sawtooth se distingue por seu design modular, permitindo que organizações e consórcios estabeleçam políticas adaptadas aos seus domínios específicos. As aplicações podem selecionar algoritmos transacionais, de permissão e de consenso que se alinhem aos seus requisitos comerciais únicos, aumentando a flexibilidade em comparação com sistemas de blockchain tradicionais onde as funcionalidades principais e do aplicativo residem na mesma plataforma, potencialmente impactando a segurança e o desempenho.

Como uma plataforma de blockchain-como-serviço empresarial de código aberto, o Hyperledger Sawtooth permite a execução de contratos inteligentes personalizados sem a necessidade de conhecimento profundo do design do sistema central subjacente. Ele oferece suporte a vários algoritmos de consenso, incluindo PBFT e PoET, e oferece um design amigável ao usuário otimizado para uso empresarial. Além disso, o Sawtooth garante permissões separadas, garantindo confidencialidade ao eliminar serviços centralizados que poderiam expor informações sensíveis.

Atuando como uma plataforma modular, o Hyperledger Sawtooth capacita o desenvolvimento, implantação e operação de livros-razão distribuídos. Ele incorpora o inovador algoritmo de consenso “Proof of Elapsed Time” (PoET), utilizando ambientes de execução confiáveis (TEEs) para um consenso justo e eficiente. Com seus algoritmos de consenso plugáveis e suporte para redes com e sem permissão, o Sawtooth fornece um livro-razão distribuído que registra transações e execução de contratos inteligentes em nós de rede. As transações são processadas em paralelo para melhorar o desempenho.

Para simplificar a implantação e execução de contratos inteligentes, o Sawtooth oferece o mecanismo de contratos inteligentes Sawtooth Lake. A plataforma fornece uma API RESTful para interação perfeita com o livro-razão e submissão de transações. O Hyperledger Sawtooth possui escalabilidade, capaz de suportar redes com milhares de nós e processar milhões de transações por segundo.

O Hyperledger Sawtooth é uma plataforma flexível e poderosa para construir e implantar livros-razão distribuídos. Atende a diversas aplicações, como gestão da cadeia de suprimentos, rastreamento de ativos digitais e sistemas de votação. Ao separar o sistema central do livro-razão dos ambientes específicos do aplicativo, o Sawtooth simplifica o desenvolvimento de aplicativos enquanto mantém a segurança do sistema. Essa abordagem permite que os desenvolvedores definam regras de negócios específicas para seus aplicativos, permitindo hospedagem, gerenciamento e uso fáceis em sua linguagem de programação preferida, mesmo fora da rede blockchain central.

Arquitetura do Hyperledger Sawtooth

Vamos dar uma olhada detalhada nos componentes e funções da arquitetura do Hyperledger Sawtooth:

Diagrama de Arquitetura do Hyperledger Sawtooth (fonte sawtooth.hyperledger.org/docs/1.2/architecture/) 

Clientes

O Hyperledger Sawtooth segue um padrão assíncrono de cliente/servidor. Os clientes enviam solicitações ao servidor, e o servidor responde com zero ou mais respostas. Os clientes podem enviar várias solicitações sem esperar por respostas, e os servidores podem enviar várias respostas sem esperar por novas solicitações.

API REST

O Hyperledger Sawtooth fornece uma API RESTful pragmática que permite que os clientes interajam com um validador usando padrões JSON/HTTP comuns. A API REST serve como um processo separado para submissão de transações e leitura de blocos com uma interface neutra em linguagem. É extensamente documentada usando a especificação OpenAPI, garantindo clareza e acessibilidade tanto para máquinas quanto para humanos. A API REST oferece suporte a códigos de status HTTP comuns para melhoria de qualidade, como 404 para “Não Encontrado” e 503 para “Serviço Indisponível”. Ela utiliza um envelope JSON para enviar metadados de volta aos clientes e fornece tratamento de erros com propriedades de código, título e mensagem. Parâmetros de consulta são suportados para especificar a formação da solicitação, e os endpoints oferecem referências a recursos no livro-razão Sawtooth, incluindo blocos, transações e metadados.

Processadores de Transação

Os processadores de transação validam e manipulam a lógica de negócios para transações, decidindo se devem incluí-las no estado. Eles aplicam as alterações das transações e as adicionam ao próximo bloco. Os nós validadores garantem a validade das assinaturas das transações. Lógica adicional pode ser adicionada aos processadores de transação para atender a requisitos específicos. Os manipuladores de transação, adicionados para processar transações, incluem funções apply e auxiliares. A classe processador, fornecida pelo SDK (Kit de Desenvolvimento de Software), oferece funcionalidade de propósito geral, enquanto a classe manipulador contém a lógica de negócios específica do aplicativo. A classe do processador de transação se conecta ao validador e à classe manipulador.

Motor de Consenso

A API de consenso foi redesenhada e movida para um processo separado chamado “motor de consenso”. Ela fornece uma interface para algoritmos de consenso independentes de linguagem, expandindo as opções de consenso para o Sawtooth. O motor de consenso opera como um processo separado ao lado da API REST e dos processadores de transação. Ele inclui três processadores: BlockPublisher para criar blocos candidatos, BlockVerifier para verificar a conformidade com as regras de consenso e ForkResolver para selecionar o próximo bloco que será a cabeça da cadeia.

Validador

No Hyperledger Sawtooth, os nós autorizados validam blocos e lotes de forma semelhante. A validação de blocos inclui a verificação das permissões de transações on-chain e a aplicação das regras de validação de blocos on-chain. Os lotes são enviados ao agendador de transações. A camada de rede facilita a comunicação entre validadores, API REST, processadores de transações e clientes. Ela gerencia a descoberta de pares, o manuseio de transações, o gerenciamento de blocos e suporta mecanismos de consenso. O Sawtooth suporta o agendamento serial e paralelo de transações e lida eficientemente com transações que modificam os mesmos endereços de estado. O processo do validador consiste no controlador da cadeia, responsável por manter o último bloco da cadeia atual e determinar as atualizações do cabeçalho da cadeia, e no gerenciador e publicador de blocos, responsáveis por criar novos blocos candidatos e adicionar transações válidas a eles.

Recursos do Hyperledger Sawtooth

Aqui estão alguns dos recursos exclusivos do Hyperledger Sawtooth:

• Separação entre o nível de aplicativo e o sistema central
• Redes privadas com os recursos de permissão do Sawtooth
• Execução paralela de transações por meio do agendador paralelo avançado
• Suporte à criação e transmissão de eventos
• Compatibilidade com contratos inteligentes Ethereum EVM com Seth
• Consenso dinâmico
• Famílias de transações de exemplo

Conclusão 

À medida que a adoção da tecnologia blockchain continua a crescer, plataformas como Hyperledger Fabric e Hyperledger Sawtooth desempenham um papel crucial ao permitir que as organizações construam soluções blockchain seguras e escaláveis. A abordagem colaborativa do Hyperledger e sua ampla base de membros contribuem para o desenvolvimento e padronização de ferramentas e redes blockchain. Com suas arquiteturas modulares, mecanismos de consenso robustos e suporte a contratos inteligentes, o Hyperledger Fabric e o Hyperledger Sawtooth fornecem uma base sólida para organizações que buscam aproveitar os benefícios da tecnologia blockchain. À medida que o cenário blockchain evolui, o Hyperledger permanece na vanguarda, impulsionando a inovação e transformando indústrias em todo o mundo.