डमीज के लिए हाइपरलेगर फैब्रिक

एंटरप्राइज के लिए एक ब्लॉकचैन प्लेटफॉर्म

शुभ दोपहर, प्रिय पाठकों, मेरा नाम निकोलाई नेफेडोव है, मैं आईबीएम में एक तकनीकी सलाहकार हूं, इस लेख में मैं आपको ब्लॉकचैन प्लेटफॉर्म - हाइपरलेगर फैब्रिक से परिचित कराना चाहूंगा। प्लेटफ़ॉर्म को एंटरप्राइज़ स्तर (एंटरप्राइज़ क्लास) पर व्यावसायिक अनुप्रयोग बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। अनुच्छेद स्तर - आईटी तकनीक के एक बुनियादी ज्ञान के साथ अप्रशिक्षित पाठकों के लिए।

हाइपरलेगर फैब्रिक एक ओपन-सोर्स प्रोजेक्ट है, जो ओपन-सोर्स प्रोजेक्ट हाइपरलेगर, लिनक्स फाउंडेशन कंसोर्टियम की शाखाओं में से एक है। हाइपरलेगर फैब्रिक मूल रूप से डिजिटल एसेट्स और आईबीएम द्वारा लॉन्च किया गया था। हाइपरलेडर फैब्रिक प्लेटफॉर्म की मुख्य विशेषता कॉर्पोरेट अनुप्रयोगों पर अपना ध्यान केंद्रित करना है। इसलिए, लेन-देन की उच्च गति और उनकी कम लागत, साथ ही साथ सभी प्रतिभागियों की पहचान को ध्यान में रखते हुए प्लेटफॉर्म विकसित किया गया था। ये लाभ लेनदेन सत्यापन सेवा को अलग करने और वितरित रजिस्ट्री के नए ब्लॉकों के गठन के साथ-साथ एक प्रमाणीकरण प्राधिकरण के उपयोग और प्रतिभागियों के प्राधिकरण के माध्यम से प्राप्त किए जाते हैं।

मेरा लेख हाइपरलेगर फैब्रिक पर लेखों की एक श्रृंखला का हिस्सा है, जिसमें हम विश्वविद्यालय में प्रवेश करने वाले छात्रों के लिए लेखांकन के लिए एक प्रणाली के डिजाइन का वर्णन करते हैं।

सामान्य हाइपरलेगर फैब्रिक आर्किटेक्चर

हाइपरलेगर फैब्रिक एक वितरित ब्लॉकचेन नेटवर्क है जिसमें विभिन्न कार्यात्मक घटक होते हैं जो नेटवर्क नोड पर स्थापित होते हैं। हाइपरलेगर फैब्रिक घटक डॉकटर कंटेनर हैं जिन्हें डॉकहर्ब से स्वतंत्र रूप से डाउनलोड किया जा सकता है। हाइब्रिडगर फैब्रिक को कुबेरनेट्स वातावरण में भी चलाया जा सकता है।

स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट्स लिखने के लिए (हाइपरल्डेगर फैब्रिक के संदर्भ में चेंकोड), हमने गोलंग (हालांकि हाइपरलेगर फैब्रिक आपको अन्य भाषाओं का उपयोग करने की अनुमति देता है) का इस्तेमाल किया। हमारे मामले में, अनुरूप हाइपरलेगर फैब्रिक SDK के साथ Node.js का उपयोग एक कस्टम एप्लिकेशन को विकसित करने के लिए किया गया था।

नोड्स व्यापार तर्क (स्मार्ट अनुबंध) को निष्पादित करते हैं - चिनकोड, वितरित रजिस्ट्री की स्थिति (अंडरगारमेंट डेटा) को स्टोर करते हैं और प्लेटफ़ॉर्म की अन्य सिस्टम सेवाओं को निष्पादित करते हैं। एक नोड केवल एक तार्किक इकाई है, विभिन्न नोड्स एक ही भौतिक सर्वर पर मौजूद हो सकते हैं। बहुत अधिक महत्वपूर्ण यह है कि नोड्स को कैसे वर्गीकृत किया जाता है (विश्वसनीय डोमेन) और ब्लॉकचेन नेटवर्क के कौन से कार्य हैं जो वे जुड़े हुए हैं।

सामान्य वास्तुकला इस प्रकार है:

चित्र 1. हाइपरलेगर फैब्रिक का सामान्य आर्किटेक्चर

उपयोगकर्ता एप्लिकेशन (क्लाइंट सबमिट करना) - एक ऐसा एप्लिकेशन जिसके साथ उपयोगकर्ता ब्लॉकचेन नेटवर्क के साथ काम करते हैं। काम करने के लिए, आपको अधिकृत होना चाहिए और नेटवर्क पर विभिन्न प्रकार के कार्यों के लिए उचित अधिकार होना चाहिए।

सहकर्मी कई भूमिकाओं में आते हैं:

• सहकर्मी का समर्थन करना - एक नोड जो एक लेनदेन के निष्पादन को अनुकरण करता है (एक स्मार्ट अनुबंध कोड निष्पादित करता है)। स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट की जाँच और क्रियान्वित करने के बाद, नोड अपने हस्ताक्षर के साथ क्लाइंट एप्लिकेशन के परिणाम लौटाता है।
• ऑर्डरिंग सर्विस - कई नोड्स पर एक वितरित सेवा, वितरित रजिस्ट्री के नए ब्लॉक बनाने और लेनदेन का एक क्रम बनाने के लिए कार्य करता है। आदेश देने वाली सेवा रजिस्ट्री में नए ब्लॉक नहीं जोड़ती है (प्रदर्शन में सुधार के लिए, यह फ़ंक्शन कमिटिंग पीयर्स में स्थानांतरित कर दिया गया है)।
• कमिटिंग पीयर - एक नोड जिसमें एक वितरित रजिस्ट्री होती है और रजिस्ट्री में नए ब्लॉक जोड़ता है (जो ऑर्डरिंग सेवा का गठन होता है)। सभी कमिटिंग पीयर्स में वितरित रजिस्ट्री की एक स्थानीय प्रति होती है। कमिटिंग पीयर, स्थानीय रूप से एक नया ब्लॉक जोड़ने से पहले, वैधता के लिए ब्लॉक के भीतर सभी लेनदेन की जांच करता है।

एंडोर्समेंट पॉलिसी एक ट्रांजैक्शन वैलिडेशन पॉलिसी है। ये नीतियां नोड्स के आवश्यक सेट को निर्धारित करती हैं, जिस पर लेनदेन को मान्य होने के लिए एक स्मार्ट अनुबंध निष्पादित किया जाना चाहिए।

वितरित रजिस्ट्री - लेर्गर - दो भागों से युक्त होती है: वोल्डल्डस्टेट (जिसे स्टेट डाटाबेस भी कहा जाता है) और ब्लॉकचैन।

ब्लॉकचैन ब्लॉक की एक श्रृंखला है जो वितरित रजिस्ट्री ऑब्जेक्ट के साथ हुए सभी परिवर्तनों के रिकॉर्ड को संग्रहीत करता है।

वोल्ल्डस्टेट एक वितरित रजिस्ट्री का एक घटक है जो एक वितरित रजिस्ट्री में सभी वस्तुओं के वर्तमान (चरम) मूल्यों को संग्रहीत करता है।

WorldState एक डेटाबेस है, मूल संस्करण में - LevelDB या अधिक जटिल - CouchDB, जिसमें कुंजी-मूल्य जोड़े शामिल हैं, उदाहरण के लिए: पहला नाम - इवान, अंतिम नाम - इवानोव, सिस्टम में पंजीकरण की तिथि - 12/12/21, जन्म तिथि - 12/17/1961, आदि WorldState और वितरित रजिस्ट्री इस चैनल के सभी सदस्यों के अनुरूप होनी चाहिए।

चूंकि Hyperledger Fabric एक नेटवर्क है जिसमें सभी प्रतिभागियों को जाना जाता है और प्रमाणित किया जाता है, इसलिए एक समर्पित प्रमाणन प्राधिकरण - CA (प्रमाणन प्राधिकरण) का उपयोग किया जाता है। सीए X.509 मानक और सार्वजनिक कुंजी बुनियादी ढांचे के आधार पर काम करता है - पीकेआई।

सदस्यता सेवा एक सेवा है जिसके माध्यम से प्रतिभागी किसी विशेष संगठन या चैनल में किसी वस्तु के स्वामित्व को सत्यापित करते हैं।

लेन-देन, ज्यादातर मामलों में, वितरित रजिस्ट्री में नए डेटा का एक रिकॉर्ड है।
चैनल या स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट बनाने के लिए लेनदेन भी हैं। लेन-देन उपयोगकर्ता एप्लिकेशन द्वारा शुरू किया जाता है और वितरित रजिस्ट्री में रिकॉर्ड के साथ समाप्त होता है।

एक चैनल एक ब्लॉकचेन नेटवर्क में दो या अधिक प्रतिभागियों से मिलकर एक बंद सबनेट है, जिसे प्रतिभागियों के एक सीमित लेकिन प्रसिद्ध सर्कल के भीतर गोपनीय लेनदेन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। चैनल प्रतिभागियों द्वारा परिभाषित किया गया है, इसकी वितरित रजिस्ट्री, स्मार्ट अनुबंध, ऑर्डरिंग सर्विस, वर्ल्डस्टेट। प्रत्येक चैनल के सदस्य को चैनल का उपयोग करने के लिए अधिकृत होना चाहिए और विभिन्न प्रकार के लेनदेन करने का अधिकार होना चाहिए। सदस्यता सेवा का उपयोग करके प्राधिकरण का प्रदर्शन किया जाता है।

ठेठ लेनदेन निष्पादन परिदृश्य

आगे, मैं एक उदाहरण के रूप में हमारी परियोजना का उपयोग करते हुए एक विशिष्ट लेनदेन निष्पादन परिदृश्य के बारे में बात करना चाहूंगा।

हमारी आंतरिक परियोजना के हिस्से के रूप में, हमने हाइपरल्डर फैब्रिक नेटवर्क बनाया, जो विश्वविद्यालयों में प्रवेश करने वाले छात्रों को पंजीकृत करने और रिकॉर्ड करने के लिए बनाया गया है। हमारे नेटवर्क में विश्वविद्यालय ए और विश्वविद्यालय बी से संबंधित दो संगठन शामिल हैं। प्रत्येक संगठन में एक ग्राहक अनुप्रयोग है, साथ ही इसके कमिटिंग और सहकर्मी सहकर्मी हैं। हम कॉमन सर्विसेज ऑर्डरिंग सर्विस, मेमर्सशिप सर्विस और सर्टिफिकेशन अथॉरिटी का भी इस्तेमाल करते हैं।

1) लेनदेन की पहल

हाइपरल्डेगर फैब्रिक एसडीके का उपयोग करने वाला उपयोगकर्ता एप्लिकेशन, लेन-देन अनुरोध आरंभ करता है और स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट के साथ नोड्स के लिए एक अनुरोध भेजता है। अनुरोध एक वितरित रजिस्ट्री (लेजर) से संशोधन या पढ़ने के लिए हो सकता है। यदि हम विश्वविद्यालय के छात्रों के लेखांकन के लिए एक प्रणाली के हमारे परीक्षण कॉन्फ़िगरेशन का एक उदाहरण मानते हैं, तो क्लाइंट एप्लिकेशन विश्वविद्यालयों ए और बी के नोड्स के लिए एक लेनदेन अनुरोध भेजता है, जो कि तथाकथित स्मार्ट अनुबंध की एंडोर्समेंट नीति में शामिल हैं। नोड ए एक नोड है जो एक विश्वविद्यालय में है जो एक आने वाले छात्र को पंजीकृत करता है, और नोड बी एक नोड है जो दूसरे विश्वविद्यालय में है। वितरित रजिस्ट्री में लेन-देन के लिए, यह आवश्यक है कि व्यापार तर्क के अनुसार सभी नोड्स को लेनदेन को सफलतापूर्वक मंजूरी देनी चाहिए और उसी परिणाम के साथ स्मार्ट अनुबंधों को सफलतापूर्वक पूरा करना चाहिए। नोड एक उपयोगकर्ता अनुप्रयोग, हाइपरलेडर फैब्रिक एसडीके टूल्स का उपयोग करते हुए, एंडोर्समेंट पॉलिसी प्राप्त करता है और यह पता करता है कि किन नोड्स को लेनदेन अनुरोध भेजने की आवश्यकता है। यह एक वितरित रजिस्ट्री के लिए कुछ डेटा पढ़ने या लिखने के लिए एक विशिष्ट स्मार्ट अनुबंध (चिनकोड) फ़ंक्शन को लागू करने के लिए एक अनुरोध है। तकनीकी रूप से, क्लाइंट SDK संबंधित फ़ंक्शन का उपयोग करता है, जिनमें से API एक ऑब्जेक्ट को लेनदेन मापदंडों के साथ पास करता है, और क्लाइंट हस्ताक्षर भी जोड़ता है और इस डेटा को gRPC से प्रोटोकॉल नोड्स के माध्यम से संबंधित नोड्स (एंडोर्सिंग पीयर) पर भेजता है।

चित्र 2. लेन-देन की दीक्षा

2) एक स्मार्ट अनुबंध का पूरा होना

नोड्स (सहकर्मी का समर्थन करना), लेन-देन के लिए अनुरोध प्राप्त करने, ग्राहक के हस्ताक्षर को सत्यापित करने और, यदि सब कुछ क्रम में है, तो वे अनुरोध डेटा के साथ एक वस्तु लेते हैं और इस डेटा के साथ स्मार्ट अनुबंध निष्पादन (चेनकोड फ़ंक्शन) का अनुकरण शुरू करते हैं। एक स्मार्ट अनुबंध एक लेन-देन का एक व्यावसायिक तर्क है, कुछ शर्तों और निर्देशों का एक निश्चित सेट (हमारे मामले में, यह एक छात्र का सत्यापन है, यह एक नया छात्र है, या वह पहले से पंजीकृत है, आयु सत्यापन, आदि)। स्मार्ट अनुबंध को निष्पादित करने के लिए, आपको वर्ल्डस्टेट के डेटा की भी आवश्यकता होगी। एंडोर्सिंग पीयर पर स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट के सिमुलेशन के परिणामस्वरूप, दो डेटा सेट प्राप्त होते हैं - सेट और राइट सेट पढ़ें। रीड सेट और राइट सेट वर्ल्डस्टेट के मूल और नए मूल्य हैं। (नया - एक स्मार्ट अनुबंध के अनुकरण के दौरान प्राप्त अर्थ में)।

चित्र 3. एक स्मार्ट अनुबंध का निष्पादन

3) क्लाइंट एप्लिकेशन को डेटा वापस करना

स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट के सिमुलेशन के बाद, एंडोर्सिंग पीयर्स क्लाइंट एप्लिकेशन पर प्रारंभिक डेटा और सिमुलेशन परिणाम, साथ ही साथ आरडब्ल्यू सेट, उनके प्रमाण पत्र के साथ हस्ताक्षर करता है। इस स्तर पर, वितरित रजिस्ट्री में कोई बदलाव नहीं किया गया है। क्लाइंट एप्लिकेशन एंडोर्सिंग पीयर के हस्ताक्षर की जांच करता है, और भेजे गए लेनदेन के स्रोत डेटा की भी तुलना करता है और जो डेटा वापस किया गया था (वह है, यह जांचता है कि क्या स्रोत डेटा जिस पर लेन-देन विकृत था)। यदि लेन-देन केवल रजिस्ट्री से डेटा पढ़ने के लिए था, तो क्लाइंट एप्लिकेशन तदनुसार आवश्यक रीड सेट प्राप्त करता है और यह आम तौर पर वितरित रजिस्ट्री को बदले बिना लेनदेन को सफलतापूर्वक पूरा करता है। रजिस्ट्री में डेटा को बदलने वाले लेनदेन के मामले में, क्लाइंट एप्लिकेशन अतिरिक्त रूप से एंडोर्सिंग पॉलिसी के कार्यान्वयन की जांच करता है। यह संभव है कि क्लाइंट एप्लिकेशन एंडॉर्समेंट पॉलिसी के परिणाम की जांच नहीं करता है, लेकिन इस मामले में हाइपरलेडर फैब्रिक प्लेटफ़ॉर्म रजिस्ट्री में लेनदेन जोड़ने के चरण में नोड्स (कमिंग पीयर्स) पर नीतियों की जांच करने का प्रावधान करता है।

चित्र 4. क्लाइंट एप्लिकेशन को डेटा वापस करना

4) ऑर्डर करने वाले साथियों को RW सेट भेजना

क्लाइंट एप्लिकेशन ऑर्डरिंग सेवा से संबंधित डेटा के साथ लेनदेन भेजता है। इसमें आरडब्ल्यू सेट, एंडोर्सिंग पीयर और चैनल आईडी शामिल हैं।

ऑर्डरिंग सेवा - नाम के आधार पर, इस सेवा का मुख्य कार्य सही क्रम में आने वाले लेनदेन का निर्माण करना है। साथ ही वितरित रजिस्ट्री के एक नए ब्लॉक के गठन और सभी कमिंग नोड्स को नए गठित ब्लॉकों की गारंटीकृत डिलीवरी, इस प्रकार वितरित नोड (कमिंग पीयर्स) वाले सभी नोड्स पर डेटा की स्थिरता सुनिश्चित करना। उसी समय, आदेश सेवा स्वयं रजिस्ट्री को नहीं बदलती है। आदेश सेवा प्रणाली का एक महत्वपूर्ण घटक है, इसलिए यह कई नोड्स का एक समूह है। ऑर्डरिंग सेवा वैधता के लिए लेनदेन की जांच नहीं करती है, यह बस एक विशिष्ट चैनल पहचानकर्ता के साथ लेनदेन को स्वीकार करती है, एक निश्चित क्रम में आने वाले लेनदेन की व्यवस्था करती है और उनसे वितरित रजिस्ट्री के नए ब्लॉक बनाती है। एक आदेश सेवा एक साथ कई चैनलों की सेवा कर सकती है। ऑर्डरिंग सर्विस में एक काफ्का क्लस्टर शामिल है, जो सही (अपरिवर्तित) लेनदेन कतार का समर्थन करता है (क्लाज 7 देखें)।

चित्र 5. ऑर्डर करने वाले साथियों को आरडब्ल्यू सेट प्रस्तुत करना

5) कमिटिंग पीयर के लिए गठित ब्लॉक

आदेश सेवा में गठित ब्लॉक सभी नेटवर्क नोड्स में प्रेषित होते हैं। प्रत्येक नोड को एक नया ब्लॉक प्राप्त हुआ है, एंडोर्सिंग पॉलिसी के साथ इसके अनुपालन की जांच करता है, पुष्टि करता है कि स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट के अनुकरण के परिणामस्वरूप सभी एंडोर्सिंग साथियों को एक ही परिणाम (राइट सेट) प्राप्त हुआ है, और यह भी जांचता है कि क्या मूल मान बदल गए हैं (यानी - पढ़ें सेट - लेन-देन शुरू होने के बाद से WorldState से एक स्मार्ट अनुबंध द्वारा पढ़ा गया डेटा)। यदि सभी शर्तों को पूरा किया जाता है, तो लेनदेन को वैध रूप से चिह्नित किया जाता है, अन्यथा, लेन-देन एक स्थिति प्राप्त करता है जो मान्य नहीं है।

चित्र 6. कमिंग पीयर के लिए गठित ब्लॉक

6) रजिस्ट्री में एक ब्लॉक जोड़ना

प्रत्येक नोड वितरित रजिस्ट्री की अपनी स्थानीय प्रति में एक लेन-देन जोड़ता है, और यदि लेनदेन वैध है, तो लिखें सेट को WorldState (वर्तमान स्थिति) पर लागू किया जाता है, तदनुसार, लेनदेन से प्रभावित वस्तुओं के नए मूल्य दर्ज किए जाते हैं। यदि लेन-देन को एक मार्कर प्राप्त हुआ - मान्य नहीं (उदाहरण के लिए, दो लेनदेन एक ही ब्लॉक के भीतर एक ही ऑब्जेक्ट के साथ हुए, तो लेनदेन में से एक अमान्य हो जाएगा, क्योंकि प्रारंभिक लेनदेन पहले से ही अन्य लेनदेन द्वारा बदल दिए गए हैं)। यह लेन-देन वितरित रजिस्ट्री के साथ एक टोकन के साथ भी जोड़ा जाता है जो मान्य नहीं है, लेकिन इस लेनदेन का राइट सेट वर्ल्डस्टेट की वर्तमान स्थिति पर लागू नहीं होता है और तदनुसार, लेनदेन में भाग लेने वाली वस्तुओं को संशोधित नहीं करता है। इसके बाद, उपयोगकर्ता एप्लिकेशन को एक अधिसूचना भेजी जाती है कि लेनदेन को हमेशा वितरित रजिस्ट्री में जोड़ा जाता है, साथ ही लेनदेन की स्थिति, यानी यह मान्य है या नहीं ...

चित्र 7. रजिस्ट्री में एक ब्लॉक जोड़ना

आदेश सेवा

ऑर्डरिंग सर्विस में संबंधित चिड़ियाघरकीपर नोड्स और ऑर्डरिंग सर्विस नोड्स (OSN) के साथ एक काफ्का क्लस्टर होता है, जो ऑर्डरिंग सर्विस क्लाइंट और काफ्का क्लस्टर के बीच होता है। काफ्का क्लस्टर एक वितरित, दोष-सहिष्णु प्रवाह (संदेश) प्रबंधन मंच है। काफ्का में प्रत्येक चैनल (विषय) अभिलेखों का एक अपरिवर्तनीय अनुक्रम है जो केवल एक नया रिकॉर्ड जोड़ने का समर्थन करता है (किसी मौजूदा को हटाना संभव नहीं है)। विषय की संरचना का एक चित्रण नीचे दिया गया है। यह कफ़्का की यह संपत्ति है जिसका उपयोग ब्लॉकचेन प्लेटफॉर्म के निर्माण के लिए किया जाता है।

kafka.apache.org से लिया गया
चित्र 8. ऑर्डरिंग सेवा विषय संरचना

उपयोगी लिंक

Youtube - हाइपरलेगर प्रोजेक्ट के साथ व्यवसाय के लिए ब्लॉकचेन का निर्माण
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हाइपरलेगर फैब्रिक: अनुमति प्राप्त ब्लॉकचिन के लिए एक वितरित ऑपरेटिंग सिस्टम

धन्यवाद

मैं अपने सहयोगियों को लेख तैयार करने में मदद के लिए अपनी गहरी कृतज्ञता व्यक्त करता हूं:
निकोले मरीना
इगोर हापोव
दिमित्री गोर्बाचेव
अलेक्जेंडर ज़ेमत्सोव
एकातेरिना कुरदेनकोवा
एकातेरिना गुसेवा