Hyperledger-инструментарий разработки отраслевых блокчейнов

Блокчейн [1]. При виде этого слова сразу возникает ассоциация с криптовалютой: Bitcoin, Litecoin и многие другие, которых сейчас много. Однако потенциал блокчейн системы куда шире и многообразнее и может быть применена и в других сферах человеческой жизнедеятельности [2-4]. Для реализации данной технологии существуют различные платформы. В качестве примера рассмотрим платформу Hyperledger.

Почти каждая бизнес-система нуждается в синхронизации информации между участниками, особенно если их много, а базовый принцип блокчейна как раз и заключается в синхронизации всех данных между всеми субъектами сети. И в построении такой системы может быть применен проект Hyperledger, который использует и другие не менее важные особенности технологии блокчейн [5, 6].

Значительным отличием от криптовалют является то, что Hyperledger не использует громоздкие вычисления для валидации транзакций. Отсутствие вычислений приводит к колоссальному увеличению пропускной способности системы, даже по сравнению с «обычными» системами обработки транзакций, а также к большой экономии ресурсов.

В основе работы Hyperledger лежат четыре основных принципа:

• •    Распределенный реестр

• •    Консенсус

• •    «Умный» договор или смарт-контракт

• •    Конфиденциальность

Распределенный реестр. Этот реестр чаще всего называют децентрализованным, так как он распределен между всеми участниками сети, каждый из которых участвует в его поддержке [7]. Ко всему прочему, информация, записанная в блокчейн может быть только добавлена. Благодаря технологиям криптографии, как только транзакция была добавлена в реестр, она больше не может быть изменена или удалена. Это делает проверку подлинности информации очень легкой и быстрой.

Реестр состоит из двух компонентов:

• •    База состояний (world state)

• •    Записи транзакций (transaction log)

База состояний, как видно из названия, показывает состояние реестра в данный момент времени. Другими словами – это база данных реестра.

В записях транзакций фиксируются транзакции, которые привели базу состояний в данный вид на настоящий момент [8].

Смарт-контракты. Умные контракты позволяют обмениваться данными, не прибегая к услугам посредников. Это программа, загруженная в блокчейн, которая вызывается в момент выполнения операции. Она следит за выполнением договоренностей обеих сторон, прописанных в контракте, а также автоматически взимает штрафы за нарушение или невыполнение условий сделки. Результатом выполнения такого контракта является чтение или изменение данных в базе состояний [9, 10].

Конфиденциальность. Все транзакции, прописанные в блокчейне, производятся без привязки личной информации, с помощью сертификатов пользователей, которые исполняют данные транзакции, что позволяет обеспечивать конфиденциальность [11].

Консенсус. В Hyperledger существует сеть, ответственная за одобрение транзакций, она состоит из нескольких проверяющих узлов и способствует правильной синхронизации данных между участниками сети, а также достижению консенсуса, когда порядок и результаты транзакций блока соответствуют явным проверкам критериев политики. В Hyperledger транзакция считается подтвержденной, если ее одобрили по крайней мере 60% проверяющих узлов [8, 12].

Для достижения консенсуса применяется алгоритм, основанный на задаче о византийских генералах, хотя существует возможность внедрения любого алгоритма. Византийская армия, состоящая из нескольких частей, окружила город. Каждой из частей армии командует генерал, и всем им нужно принять коллективное решение; часть генералов голосуют за атаку, остальные — за отступление. При этом все понимают, что атака только частью сил захлебнется, поэтому все согласны принять мнение большинства. Однако принятие решения усложняется тем, что среди генералов могут быть предатели, вводящие всех остальных в заблуждение, чтобы в итоге было принято неверное решение [13, 14].

В качестве «генералов» в Hyperledger выступают проверяющие узлы, которые принимают непосредственное участие в процессе подтверждения транзакций. Предположим, что в сеть поступают три запроса на проведение транзакций: 123, 456 и 789 (рис. 1) [14].

Рисунок 1. Новые транзакции в сети

Во время выполнения запросов все транзакции выполняются на всех проверяющих узлах. Для объективности все операции должны быть выполнены в одинаковом порядке, поэтому они сортируются проверяющим лидером, а новый порядок операций рассылается всем узлам (рис. 2) [14].

Рисунок 2. Сортировка операций

После выполнения транзакций проверяющие узлы обмениваются между собой данными о результатах работы, данные сравниваются и принимается решение о подтверждении транзакции (рис. 3) [14]. При обмене информацией можно определить вредоносный узел, который всем остальным участникам процесса сообщил разные данные, — этот «предатель» помещается в карантин и в дальнейшем не учитывается.

Рисунок 3. Подтверждение транзакции

Помимо «предателей», в сети могут быть ошибочные узлы, на которых был получен неверный результат операций. Результаты, полученные с таких узлов, изменяется, затем производится синхронизация данных среди всех участников сети блокчейна. Как показано на рис. 4 [14], результат DEF оказался ошибочным и корректируется, а результат JKL был получен в результате действия злоумышленников. Узел, на котором получен этот результат, считается вредоносным [15].

Рисунок 4. Синхронизация

В результате использования системы Hyperledger биз-нес-системы получают уменьшение затрат из-за исключения посредников и накладных расходов, а также огромное ускорение проведения транзакций. Значительно повыша- ников сведено к минимуму, благодаря коллективному одо-ется надежность операций, так как влияние злоумышлен- брению транзакций [16]