Introduction¶

Secara umum, blockchain adalah buku besar transaksi (ledger) yang tidak dapat diubah, dikelola dalam jaringan terdistribusi peer node. Node ini masing-masing mengelola salinan buku besar dengan menerapkan transaksi yang telah divalidasi oleh protocol consensus, dikelompokkan ke dalam blok yang menyertakan hash yang mengikat setiap blok ke blok sebelumnya.

The first and most widely recognized application of blockchain is the Bitcoin cryptocurrency, though others have followed in its footsteps. Ethereum, an alternative cryptocurrency, took a different approach, integrating many of the same characteristics as Bitcoin but adding smart contracts to create a platform for distributed applications. Bitcoin and Ethereum fall into a class of blockchain that we would classify as public permissionless blockchain technology. Basically, these are public networks, open to anyone, where participants interact anonymously.

As the popularity of Bitcoin, Ethereum and a few other derivative technologies grew, interest in applying the underlying technology of the blockchain, distributed ledger and distributed application platform to more innovative enterprise use cases also grew. However, many enterprise use cases require performance characteristics that the permissionless blockchain technologies are unable (presently) to deliver. In addition, in many use cases, the identity of the participants is a hard requirement, such as in the case of financial transactions where Know-Your-Customer (KYC) and Anti-Money Laundering (AML) regulations must be followed.

For enterprise use, we need to consider the following requirements:

Participants must be identified/identifiable
Networks need to be permissioned
High transaction throughput performance
Low latency of transaction confirmation
Privacy and confidentiality of transactions and data pertaining to business transactions

While many early blockchain platforms are currently being adapted for enterprise use, Hyperledger Fabric has been designed for enterprise use from the outset. The following sections describe how Hyperledger Fabric (Fabric) differentiates itself from other blockchain platforms and describes some of the motivation for its architectural decisions.

Hyperledger Fabric¶

Hyperledger Fabric is an open source enterprise-grade permissioned distributed ledger technology (DLT) platform, designed for use in enterprise contexts, that delivers some key differentiating capabilities over other popular distributed ledger or blockchain platforms.

Salah satu perbedaan utama adalah bahwa Hyperledger didirikan di bawah Linux Foundation, yang memiliki sejarah panjang dan sangat sukses dalam memelihara proyek open source di bawah open governance yang menumbuhkan komunitas berkelanjutan yang kuat dan ekosistem yang berkembang. Hyperledger dikelola oleh komite pengarah teknis yang beragam, dan proyek Hyperledger Fabric oleh beragam pengelola dari berbagai organisasi. Proyek ini memiliki komunitas pengembangan yang telah berkembang menjadi lebih dari 35 organisasi dan hampir 200 pengembang sejak komit paling awal.

Fabric memiliki arsitektur yang sangat modular dan configurable, memungkinkan inovasi, keserbagunaan, dan pengoptimalan untuk berbagai use case industri termasuk perbankan, keuangan, asuransi, layanan kesehatan, sumber daya manusia, rantai pasokan, dan bahkan penerbitan musik digital .

Fabric adalah platform ledger terdistribusi pertama yang mendukung smart contract yang dibuat dalam bahasa pemrograman tujuan umum seperti Java, Go, dan Node.js, bukan domain-specific languages (DSL). Ini berarti bahwa sebagian besar perusahaan sudah memiliki keahlian yang diperlukan untuk mengembangkan kontrak pintar, dan tidak diperlukan pelatihan tambahan untuk mempelajari bahasa baru atau DSL.

Platform Fabric juga permissioned, artinya, tidak seperti jaringan tanpa izin publik, para peserta saling mengenal, bukan anonim dan karena itu sepenuhnya tidak dipercaya. Ini berarti bahwa partisipan mungkin saja tidak sepenuhnya mempercayai satu sama lain (dalam hal ini mungkin, misalnya, menjadi pesaing satu sama lain dalam industri yang sama), jaringan dapat dioperasikan di bawah model tata kelola yang dibangun dari kepercayaan yang ada di antara peserta, seperti kesepakatan hukum atau kerangka kerja untuk menangani sengketa.

Salah satu pembeda platform yang paling penting adalah dukungannya untuk pluggable consensus protocols yang memungkinkan platform disesuaikan secara lebih efektif agar sesuai dengan use case tertentu dan model kepercayaan. Misalnya, ketika digunakan dalam satu perusahaan, atau dioperasikan oleh otoritas tepercaya, konsensus yang sepenuhnya toleran terhadap kesalahan Bizantium mungkin dianggap tidak perlu dan terlalu membebani kinerja dan throughput. Dalam situasi seperti itu, protokol konsensus [crash-fault-tolerant] (https://en.wikipedia.org/wiki/Fault_tolerance) (CFT) mungkin lebih dari cukup sedangkan, dalam kasus penggunaan multi-pihak yang terdesentralisasi, protokol konsensus byzantine-fault-tolerance (BFT) yang lebih tradisional mungkin diperlukan.

Fabric dapat memanfaatkan protokol konsensus yang tidak memerlukan mata uang kripto asli untuk mendorong penambangan yang mahal atau mendorong pelaksanaan kontrak cerdas. Menghindari cryptocurrency mengurangi beberapa vektor risiko/serangan yang signifikan, dan tidak adanya operasi penambangan kriptografi berarti bahwa platform dapat digunakan dengan biaya operasional yang kira-kira sama dengan sistem terdistribusi lainnya.

Kombinasi dari fitur desain yang berbeda ini menjadikan Fabric salah satu platform berperforma lebih baik yang tersedia saat ini baik dalam hal pemrosesan transaksi dan latensi konfirmasi transaksi, dan memungkinkan privasi dan kerahasiaan dari transaksi dan kontrak pintar (disebut juga "chaincode") yang mengimplementasikannya.

Mari jelajahi fitur pembeda ini secara lebih mendetail.

Modularitas¶

Hyperledger Fabric secara khusus dirancang untuk memiliki arsitektur modular. Baik itu pluggable consensus, pluggable identity management protocols seperti LDAP atau OpenID Connect, key management protocols, atau cryptographic libraries, platform ini telah dirancang pada intinya agar dapat dikonfigurasi untuk memenuhi keragaman persyaratan use case pada perusahaan.

Pada tingkat tinggi, Fabric terdiri dari komponen modular berikut:

Sebuah ordering service pluggable menetapkan konsensus tentang urutan transaksi dan kemudian menyiarkan blok ke peer.
Sebuah membership service provider pluggable bertanggung jawab untuk mengasosiasikan entitas dalam jaringan dengan identitas kriptografi.
Sebuah peer-to-peer gossip service opsional menyebarkan output blok-blok oleh ordering service menuju peer-peer lainnya.
Kontrak pintar ("chaincode") dijalankan dalam lingkungan container (mis. Docker) untuk isolasi. Mereka dapat ditulis dalam bahasa pemrograman standar tetapi tidak memiliki akses langsung ke status ledger.
Ledger dapat dikonfigurasi untuk mendukung berbagai DBMS.
Sebuah endorsement and validation policy pluggable yang dapat dikonfigurasi secara independen per aplikasi.

Ada sebuah fair agreement dalam industri ini bahwa tidak ada "satu blockchain yang mengatur semuanya". Hyperledger Fabric dapat dikonfigurasi dalam berbagai cara untuk memenuhi persyaratan solusi yang beragam untuk berbagai use case industri.

Blockchain Permissionless vs Permissioned¶

Terkait blockchain permissionless, hampir semua orang dapat berpartisipasi, dan setiap peserta bersifat anonim. Dalam konteks seperti itu, tidak ada kepercayaan selain bahwa state blockchain, sebelum kedalaman tertentu, tidak dapat diubah. Untuk mengurangi ketiadaan kepercayaan ini, blockchain permissionless biasanya menggunakan cryptocurrency asli yang "ditambang" atau biaya transaksi untuk memberikan insentif ekonomi untuk mengimbangi biaya luar biasa untuk berpartisipasi dalam bentuk konsensus byzantine fault tolerant berdasarkan "proof of work" (PoW).

Blockchain permissioned, di sisi lain, mengoperasikan blockchain di antara sekumpulan peserta yang dikenal, teridentifikasi, dan sering diperiksa yang beroperasi di bawah model tata kelola yang menghasilkan tingkat kepercayaan tertentu. Blockchain permissioned menyediakan cara untuk mengamankan interaksi di antara sekelompok entitas yang memiliki tujuan bersama tetapi mungkin tidak sepenuhnya saling percaya. Dengan mengandalkan identitas peserta, sebuah blockchain permissioned dapat menggunakan protokol konsensus crash fault tolerant (CFT) atau byzantine fault tolerant (BFT) yang lebih tradisional dimana tidak memerlukan aktivitas penambangan yang mahal.

Selain itu, dalam konteks permissioned seperti itu, risiko peserta terekspos secara sengaja terhadap kode berbahaya melalui smart contract berkurang. Pertama, para peserta saling mengenal satu sama lain dan semua tindakan, baik mengirimkan transaksi aplikasi, mengubah konfigurasi jaringan, atau menggunakan smart contract dicatat di blockchain mengikuti kebijakan pengesahan yang dibuat untuk jaringan dan jenis transaksi yang relevan. Alih-alih sepenuhnya anonim, pihak yang bersalah dapat dengan mudah diidentifikasi dan insiden tersebut ditangani sesuai dengan ketentuan model tata kelola.

Kontrak Pintar¶

Kontrak pintar, atau yang di Fabric disebut juga "chaincode", berfungsi sebagai aplikasi terdistribusi tepercaya yang memperoleh keamanan/kepercayaan dari blockchain dan konsensus yang mendasari di antara rekan-rekan. Ini adalah logika bisnis dari aplikasi blockchain.

Ada tiga poin utama yang berlaku untuk kontrak pintar, terutama saat diterapkan pada platform:

banyak kontrak pintar berjalan secara bersamaan di jaringan,
mereka dapat digunakan secara dinamis (dalam banyak kasus oleh siapa saja), dan
kode aplikasi harus diperlakukan sebagai tidak tepercaya, bahkan berpotensi berbahaya.

Sebagian besar platform blockchain berkemampuan kontrak pintar yang ada mengikuti arsitektur order-execute di mana protokol konsensus:

memvalidasi dan memesan transaksi kemudian menyebarkannya ke semua node peer,
setiap peer kemudian mengeksekusi transaksi secara berurutan.

Arsitektur order-execute dapat ditemukan di hampir semua sistem blockchain yang ada, mulai dari platform publik/permissionless seperti Ethereum (dengan konsensus berbasis PoW) ke platform blockchain permissioned seperti Tendermint, Chain, dan Quorum.

Kontrak pintar yang dieksekusi dalam blockchain yang beroperasi dengan arsitektur order-execute harus bersifat deterministik; jika tidak, konsensus mungkin tidak akan pernah tercapai.Untuk mengatasi masalah non-determinisme, banyak platform mengharuskan kontrak pintar ditulis dalam bahasa non-standar, atau domain-specific language (seperti Solidity) sehingga operasi non-deterministik dapat dihilangkan. Ini menghambat adopsi yang meluas karena mengharuskan pengembang menulis kontrak pintar untuk mempelajari bahasa baru dan dapat menyebabkan kesalahan pemrograman.

Selanjutnya, karena semua transaksi dijalankan secara berurutan oleh semua node, kinerja dan skala menjadi terbatas. Fakta bahwa kode kontrak pintar dijalankan pada setiap node dalam sistem menuntut pengambilan tindakan kompleks untuk melindungi keseluruhan sistem dari kontrak yang berpotensi berbahaya untuk memastikan ketahanan sistem secara keseluruhan.

Pendekatan Baru¶

Fabric memperkenalkan arsitektur baru untuk transaksi yang kami sebut execute-order-validate. Ini mengatasi tantangan ketahanan, fleksibilitas, skalabilitas, kinerja dan kerahasiaan yang dihadapi oleh model order-execute dengan memisahkan aliran transaksi menjadi tiga langkah:

mengeksekusi (execute) transaksi dan memeriksa kebenarannya, dengan demikian mengesahkannya,
memesan (order) transaksi melalui protokol konsensus (pluggable), dan
memvalidasi (validate) transaksi terhadap kebijakan pengesahan khusus aplikasi sebelum melakukan mereka ke buku besar

Desain ini berangkat secara radikal dari paradigma order-execute di mana Fabric mengeksekusi transaksi sebelum mencapai kesepakatan akhir atas pesanan mereka.

Di Fabric, kebijakan pengesahan khusus aplikasi menentukan peer node mana, atau berapa banyak dari mereka, yang perlu menjamin eksekusi yang benar dari smart contract yang diberikan. Dengan demikian, setiap transaksi hanya perlu dijalankan (didukung) oleh subset dari peer node yang diperlukan untuk memenuhi kebijakan pengesahan transaksi. Ini memungkinkan eksekusi paralel meningkatkan kinerja keseluruhan dan skala sistem. Fase pertama ini juga menghilangkan non-determinisme, karena hasil yang tidak konsisten dapat disaring sebelum memesan.

Karena kami telah menghilangkan non-determinisme, Fabric adalah teknologi blockchain pertama yang memungkinkan penggunaan bahasa pemrograman standar.

Privasi dan Kerahasiaan¶

Seperti yang telah kita diskusikan, di jaringan blockchain publik permissionless yang memanfaatkan PoW untuk model konsensusnya, transaksi dijalankan di setiap node. Ini berarti bahwa tidak ada kerahasiaan kontrak itu sendiri, maupun data transaksi yang mereka proses. Setiap transaksi, dan kode yang mengimplementasikannya, dapat dilihat oleh setiap node dalam jaringan. Dalam hal ini, kami telah menawarkan kerahasiaan kontrak dan data untuk konsensus byzantine fault tolerant yang dibawakan oleh PoW.

Kurangnya kerahasiaan ini dapat menjadi masalah bagi banyak use case bisnis/perusahaan. Misalnya, dalam jaringan mitra rantai pasokan, beberapa konsumen mungkin diberikan tarif pilihan sebagai sarana untuk memperkuat hubungan, atau mempromosikan penjualan tambahan. Jika setiap peserta dapat melihat setiap kontrak dan transaksi, menjadi tidak mungkin untuk mempertahankan hubungan bisnis seperti itu dalam jaringan yang benar-benar transparan --- semua orang pasti menginginkan harga yang terbaik!

Sebagai contoh kedua, pertimbangkan sebuah industri sekuritas, di mana seorang pedagang membangun posisi (atau membuangnya) tidak ingin pesaingnya mengetahui hal ini, atau mereka akan berusaha untuk ikut serta, melemahkan langkah pedagang.

Untuk mengatasi kurangnya privasi dan kerahasiaan untuk memenuhi persyaratan use case perusahaan, platform blockchain telah mengadopsi berbagai pendekatan. Semua memiliki trade-off mereka.

Mengenkripsi data adalah salah satu pendekatan untuk menyediakan kerahasiaan; namun, dalam jaringan permissionless yang memanfaatkan PoW untuk konsensusnya, data terenkripsi berada di setiap node. Mengingat cukup waktu dan sumber daya komputasi, enkripsi dapat rusak. Untuk banyak use case perusahaan, risiko bahwa informasi mereka dapat disusupi tidak dapat diterima.

Zero knowledge proofs (ZKP) adalah bidang penelitian lain yang sedang dieksplorasi untuk mengatasi masalah ini, trade-off di sini adalah bahwa, saat ini, menghitung ZKP membutuhkan banyak waktu dan sumber daya komputasi. Oleh karena itu, trade-off dalam hal ini adalah kinerja untuk kerahasiaan.

Dalam konteks permissioned yang dapat memanfaatkan bentuk konsensus alternatif, seseorang dapat mengeksplorasi pendekatan yang membatasi distribusi informasi rahasia secara eksklusif ke node yang berwenang.

Hyperledger Fabric, sebagai platform permissioned, memungkinkan kerahasiaan melalui arsitektur salurannya dan fitur data pribadi. Di dalam sebuah channel, peserta di jaringan Fabric membuat sub-jaringan di mana setiap anggota memiliki visibilitas ke serangkaian transaksi tertentu. Dengan demikian, hanya node yang berpartisipasi dalam channel yang memiliki akses ke smart contract (chaincode) dan data yang ditransaksikan, menjaga privasi dan kerahasiaan keduanya. Data pribadi memungkinkan pengumpulan antara anggota di channel, memungkinkan perlindungan yang sama seperti saluran tanpa biaya pemeliharaan untuk membuat dan memelihara saluran terpisah.

Konsensus Pluggable¶

Urutan transaksi didelegasikan ke komponen modular untuk konsensus yang secara logis dipisahkan dari peer yang mengeksekusi transaksi dan memelihara ledger. Secara khusus, ordering service. Karena konsensus bersifat modular, penerapannya dapat disesuaikan dengan asumsi kepercayaan penerapan atau solusi tertentu. Arsitektur modular ini memungkinkan platform untuk mengandalkan toolkit yang sudah mapan untuk pemesanan CFT (crash fault-tolerant) atau BFT (byzantine fault-tolerant).

Fabric saat ini menawarkan implementasi ordering service CFT berdasarkan etcd library dari protokol Raft. Untuk informasi tentang ordering service yang tersedia saat ini, lihat dokumentasi konseptual tentang ordering service kami.

Perhatikan juga bahwa ini tidak saling eksklusif. Jaringan Fabric dapat memiliki beberapa ordering service yang mendukung berbagai aplikasi atau persyaratan aplikasi.

Performa dan Skalabilitas¶

Kinerja platform blockchain dapat dipengaruhi oleh banyak variabel seperti ukuran transaksi, ukuran blok, ukuran jaringan, serta batasan perangkat keras, dll. Hyperledger Fabric Performance and Scale working group saat ini bekerja pada kerangka benchmarking yang disebut Hyperledger Caliper.

Beberapa makalah penelitian telah diterbitkan untuk mempelajari dan menguji kemampuan kinerja Hyperledger Fabric. Fabric yang diskalakan menjadi 20.000 transaksi per detik terbaru.

Kesimpulan¶

Setiap evaluasi serius dari platform blockchain harus menyertakan Hyperledger Fabric dalam daftar singkatnya.

Jika digabungkan, kemampuan pembeda dari Fabric menjadikannya sistem yang sangat skalabel untuk blockchain permissioned mendukung asumsi kepercayaan fleksibel yang memungkinkan platform untuk mendukung berbagai kasus penggunaan industri mulai dari pemerintah, hingga keuangan, hingga logistik rantai pasokan, hingga perawatan kesehatan dan sebagainya lebih banyak.

Hyperledger Fabric adalah proyek Hyperledger yang paling aktif. Pembangunan di komunitas di sekitar platform terus berkembang, dan inovasi yang disampaikan dengan setiap rilis berturut-turut jauh melampaui platform blockchain perusahaan lainnya.

Pengakuan¶

Yang sebelumnya berasal dari peer review "Hyperledger Fabric: A Distributed Operating System for Permissioned Blockchains" - Elli Androulaki, Artem Barger, Vita Bortnikov, Christian Cachin, Konstantinos Christidis, Angelo De Caro, David Enyeart, Christopher Ferris, Gennady Laventman, Yacov Manevich, Srinivasan Muralidharan, Chet Murthy, Binh Nguyen, Manish Sethi, Gari Singh, Keith Smith, Alessandro Sorniotti, Chrysoula Stathakopoulou, Marko Vukolic, Sharon Weed Cocco, Jason Yellick