[論文レビュー] Hyperledger Fabric: A Distributed Operating System for Permissioned Blockchains

Elli Androulaki, Artem Barger+19 more|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 18被引用数 506

ひとこと要約

論文は、ノード間プラグイン可能なコンセンサス、実行-指示-検証アーキテクチャ、一般目的言語をサポートするモジュール式のオープンソースの許可型ブロックチェーンプラットフォーム Hyperledger Fabric を提示し、ビットコインに触発された通貨を用いた高スループットと低レイテンシを実現。

ABSTRACT

Fabric is a modular and extensible open-source system for deploying and operating permissioned blockchains and one of the Hyperledger projects hosted by the Linux Foundation (www.hyperledger.org). Fabric is the first truly extensible blockchain system for running distributed applications. It supports modular consensus protocols, which allows the system to be tailored to particular use cases and trust models. Fabric is also the first blockchain system that runs distributed applications written in standard, general-purpose programming languages, without systemic dependency on a native cryptocurrency. This stands in sharp contrast to existing blockchain platforms that require "smart-contracts" to be written in domain-specific languages or rely on a cryptocurrency. Fabric realizes the permissioned model using a portable notion of membership, which may be integrated with industry-standard identity management. To support such flexibility, Fabric introduces an entirely novel blockchain design and revamps the way blockchains cope with non-determinism, resource exhaustion, and performance attacks. This paper describes Fabric, its architecture, the rationale behind various design decisions, its most prominent implementation aspects, as well as its distributed application programming model. We further evaluate Fabric by implementing and benchmarking a Bitcoin-inspired digital currency. We show that Fabric achieves end-to-end throughput of more than 3500 transactions per second in certain popular deployment configurations, with sub-second latency, scaling well to over 100 peers.

研究の動機と目的

• 柔軟な信頼モデルをサポートしつつ、コンセンサンスと実行を分離する必要性を動機づける。
• 並列エンドースメントと構成可能な信頼モデルを実現する新規アーキテクチャ（execute-order-validate）を導入する。
• モジュラー構成要素（ordering service、MSP、gossip、コンテナ化された chaincode）と、それらが拡張可能な台帳を形成する相互作用を説明する。
• Bitcoinに触発された仮想通 currencies ベンチマークと性能評価を通じて実現可能性を示す。）

提案手法

• 取引のための三段階のexecute–order–validateワークフローを提案し、並列エンドースメントと柔軟な信頼仮定を可能にする。
• コンセンサンスを実行から分離し、マルチ組織協力のためのチャネルをサポートする、モジュラーでプラグ可能なordering serviceを定義する。
• 実行を分離しエンドースメントポリシーを有効にするため、コンテナ内の標準言語でチェーンコード（スマートコントラクト）を実装する。
• エンドースメントポリシーを使用して、どのピアが取引をエンドースメントする必要があるかを決定し、order前に出力（read/write sets）を収集する。
• エンドースメントポリシー評価、読み書き競合のチェック、および全ピアで決定論的にレジャーを更新することによって取引を検証する。
• コモディティインフラストラクチャ上で Bitcoin-inspired の仮想通貨をベンチマークして、スルー プットとレイテンシを測定することで性能を評価する。）

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 許可型ブロックチェーンが、柔軟な信頼モデルをサポートしつつ、コンセンサスと実行をどのように分離できるか？
• RQ2 一般目的言語で書かれたスマートコントラクトを、安全で機密性が高く、スケーラブルな方法で実行できるプラットフォームか？
• RQ3 現実的な配置における、モジュラーでプラグ可能なコンセンサスブロックチェーンアーキテクチャの性能特性（スループット、レイテンシ、スケーラビリティ）はどのようになるか？

主な発見

• Fabric は人気のあるデプロイメント構成でエンドツーエンドのスループットが3500 TPSを超える。
• Fabric はサブセカンドのレイテンシを達成する。
• システムは100を超えるピアに対して良好にスケールする。
• エンドースメントポリシーは、取引検証のための柔軟で表現力豊かな信頼仮定を可能にする。
• 取引は ordering の前に実行され、並列性を有効にし、非決定論的な実行問題を緩和する。
• このアーキテクチャは channels をサポートし、組織間で分割されたレジャーを実現する。