Hyperledger Fabric（再）入門

by gakumura

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Hyperledger Fabric再入門 Blockchain GIG特別編 HLF集中講義#1 中村岳クラウド事業統括／クラウド・エンジニアリング統括／ソリューション・アーキテクト本部 2022/10/11

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Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 2 中村岳 Twitter @gakumura はてなブログ @gakumura …主にHyperledger Fabric関連 • 現職：ソリューションエンジニア@日本オラクル • 担当：Oracle Blockchain Platform、 Blockchain Table • 前職：金融決済系SIerでパッケージ開発 • SWIFT、CLS、日銀ネット関連の銀行間決済システム

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Hyperledger Fabricをベースにエンタープライズ利用向けPaaSとオンプレミスで提供 • 数ステップで構築完了、GUIコンソールで管理・運用も容易 • エンタープライズグレードの耐障害制、堅牢性 • マルチクラウド、ハイブリッドクラウド、オープンなネットワーク構成が可能 • Oracle独自の付加価値： • State DBとしてBerkeley DBを利用：パフォーマンスとクエリ利便性向上、 Hyperledger FabricのPhantom Read問題に係る制約も解消 • 多機能なREST API：スマートコントラクトの利用を容易に • 台帳のデータをRDBに複製：大量照会、分析、データ統合 Oracle Blockchain Platform Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 3 東京DCからもサービス提供中

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• 10/11（火）： Hyperledger Fabric（再）入門 • コンポーネントやトランザクションフローなど基本を解説 • 10/18（火）：Hyperledger Fabricのネットワーク設計 • ブロックチェーンネットワークの設計の考え方、進め方を解説 • 10/25（火）：Hyperledger FabricアプリとChaincodeの開発 • クライアントアプリケーションとChaincodeの開発方法を解説 • 11/1（火）：Oracle Blockchain Platformを用いたHLFアプリ開発 • Oracle Blockchain Platformならではのメリット、開発方法を解説集中講義シリーズ Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 4

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• 主要なエンタープライズブロックチェーン基盤のひとつに数えられ、その中でもユースケースでの実績数や開発者数がとりわけ多いHyperledger Fabric • 一方で、「難しそう」「とっつきづらい」といったイメージを持たれがち • ここでは特に複雑なところ、Hyperledger Fabric独特なところを重点的に解説 • つまづきポイントをクリアして、Hyperledger Fabricにスムーズに入門しよう！！！！本セッションのねらい Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 5

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エンタープライズ用途を目的として開発されたブロックチェーン Hyperledger : Linux財団がホストするオープンなコミュニティ • 世界で最も成功したOSS=Linuxでの成功実績に基づいた運営 • さまざまな業種の企業およびIT企業、研究機関が240以上参加 • Fabricをはじめ、複数ブロックチェーン/DLT基盤およびツール等をOSSとして開発 Fabric : エンタープライズ領域汎用用途のためのブロックチェーン基盤 • メンバー管理サービスを備えたパーミッションドブロックチェーンを実装 • セキュリティ、機密性/プライバシーを強化するための多様な機能 • スマートコントラクトによって業務を自動化 • 大量処理をサポートするためのスケーラブル、プラガブルな設計 • マイニングなどの大規模コンピューターパワー投入は不要＆ファイナリティ有 Hyperledger Fabric Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 8

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ネットワーク参加の制限有無によるブロックチェーンの分類 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 10 • 誰でもネットワークに参加しノードを持てる（公開制、オープン、匿名性） • 経済的インセンティブによって不正を抑止する比較的低速なトランザクション処理パーミッションレス a.k.a. パブリック • 招待されたメンバーのみが参加しノードを保持（許可制、クローズド、顕名） • メンバーを識別、一定程度信頼できることに依拠した高速なトランザクション処理パーミッションド a.k.a. プライベート

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よく比較検討されるエンタープライズブロックチェーン基盤 a.k.a.「3大エンタープライズブロックチェーン」 • 共通点は… • 許可制のネットワークを構成できる • コンソーシアムでの活用を意図した機能を備えている • すでに多くの利用実績がある • 基盤によって思想、個性の違いがあり、その結果としてユースケースの得意不得意がある 12 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates Quorum （& Besu） Hyperledger Fabric Corda

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しばしば「Hyperledger Fabricは難しい」と言われがちだが、「難しい」点は概ね以下3つ： • 機能が多く、要素と構造が多層的に絡みあっており複雑 • トランザクションフローが独特 • サンプルネットワーク構築チュートリアルのステップ数、必要となる前提知識が多い理解を妨げるありがちなパターンは： • そもそもブロックチェーン全般の知識がなく、なぜコンセンサス取らないといけないのかなどの前提からわかっていない • EthereumやQuorumを知っているが故に、そちらに引きずられてHLF独特の要素に混乱する • トランザクションフローの仕組みの意図、理由がわからない • 要素と独特な構造の関係がこんがらがるなぜ「Hyperledger Fabricは難しい」のか Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 13

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• 機能が多く、要素と構造が多層的に絡みあっており複雑 • トランザクションフローが独特 • サンプルネットワーク構築チュートリアルのステップ数、必要となる前提知識が多い「難しい」要素の傾向と対策 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 14 Docker、NW設定など引っかかるところが多くネットワーク構築でめげてしまいがち • クラウド上で利用できるテンプレートやBaaSを利用してスキップしてしまうのがオススメ • 最近は公式ドキュメントやブログなどの情報も徐々に充実、親切になってはきている • 背景にある目的、思想をまずは抑えておくと理解しやすくなる • 他ブロックチェーン基盤にはないHLF独特なポイントを意識して学ぶと混乱しにくい

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なぜ複雑なトランザクションやデータ構造などの仕組みが必要になるのか？ • ブロックチェーン／DLTは一般に、（単一の管理体ではなく）複数の個人や組織が分散して所有・管理するノード間でのデータ複製を確実に行うという「お題」に取り組んでいる（と捉えられる） • 故障やミスだけでなく悪意にも備える必要がある • 他参加者がデータの書き換え（改ざん）を試みるかも • 他参加者のノードは不正に改造されたものかも • 他参加者がネットワークへの攻撃を試みるかも • 以下の要素の組み合わせで実現している（と整理できる） • データの耐改ざん性と検証可能性（→データ構造としてのブロックチェーン） • 状態遷移ロジックの事前定義（→スマートコントラクト） • トランザクション実行時合意（→トランザクションとコンセンサスのメカニズム）ブロックチェーン一般が取り組む共通の「お題」 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 15 Staten Staten+1 Tx ノード Staten Staten+1 Tx ノード State Machine Replication

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ブロックチェーン一般の前提に加え、HLFの設計思想を抑えておく HLFの多くの機能や独特の仕様には、以下のような目的、背景があると考えると理解しやすくなる • 複数の企業／組織から成るコンソーシアム型のユースケースに最適化する • ネットワークの中で更にデータ共有範囲を分割／制御する • 重大なオペレーションの安全かつ分権したガバナンスを実現する • 耐障害性と可用性をブロックチェーン基盤の機能として確保する • ネットワークメンバー数とトランザクション処理能力のスケーラビリティを確保する Hyperledger Fabricの特色 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 16

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Orderer Hyperledger Fabricネットワークの概観図 19 Peer Client App CA Chain Code Ledger Orderer A社 Orderer Peer CA Chain Code Ledger Orderer Orderer Orderer Peer Chain Code Ledger CA Orderer CA Orderer Peer Chain Code Ledger B社 D社 C社 Client App Client App Client App Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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独特な点：ブロック生成専用のノードの分離と階層型アイデンティティの採用 Organization • ネットワークに参加するメンバーの「組織」を表す抽象的な単位 • コンポーネントやユーザーが所属 Peerノード • 台帳（World StateとBlockchain）を保持 • Chaincodeをリクエストに応じて実行する Ordererノード • ひとつ～複数のOrdererノードでOrdering Serviceを構成 • トランザクションの順序を確定し、ブロックを生成し Peerノードに配布 Chaincode(スマートコントラクト) • 台帳の更新、照会のビジネスロジッククライアントアプリケーション • Hyperledger Fabricを利用するアプリ CA（Certificate Authority） • 各コンポーネントやユーザーのアイデンティティ（証明書）を発行するPKIの認証局 • 通常、Fabric CAを利用するが他の実装も利用可能登場する要素、コンポーネント 20 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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Orderer Organization 21 Peer Client App CA Chain Code Ledger Orderer A社 Orderer Peer CA Chain Code Ledger Orderer Orderer Orderer Peer Chain Code Ledger CA Orderer CA Orderer Peer Chain Code Ledger B社 D社 C社 Client App Client App Client App Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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コンポーネント、ユーザーが所属するアイデンティティレイヤー • HLFにはネットワークに参加する主体（多くの場合は企業などの組織の単位、時には個人）を表現するための抽象アイデンティティレイヤーである Organization（Org）がある • Ordererノード、PeerノードおよびCAのコンポーネント、また、アプリケーションが用いるユーザーのアイデンティティは、必ずいずれかひとつのOrgに属する • （他の基盤のように具体的な秘密鍵単位ではなく）「どのOrg配下のコンポーネント／ユーザーか」に基づいてオペレーション、ガバナンス、ネットワーク構成を設計できる • PKIの階層構造と結びついている • 自身のOrg配下のコンポーネントやユーザー用の秘密鍵／証明書は自身のCAで発行する Organization Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 22 Network Organization A Ordererノード Peerノード Adminユーザー Clientユーザー Organization B Ordererノード Peerノード Adminユーザー Clientユーザー Ordererノード Peerノード Adminユーザー Clientユーザー CA

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メッセージやデータのデジタル署名とその検証 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 23 Client App Orderer Orderer Client App Peer Peer MSP MSP MSP MSP • やり取りされるメッセージ、およびその中のデータ（ブロック、トランザクションなど）にはデジタル署名が付与されている • 各ノードやユーザーのアイデンティティに紐づいた秘密鍵でデジタル署名を行う • 不正な送信者の介入や、メッセージ内容の中途での改ざんを防ぐ • 各コンポーネントの持つMSP（Membership Service Provider）というモジュールが署名の検証を担う

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エンドユーザー（消費者）のアイデンティティを扱うケース • Ethereum（およびパブリックブロックチェーン一般）では基本的にエンドユーザーが自身の秘密鍵を用いてトランザクションに署名し発行する＝エンドユーザーのブロックチェーン上のID（アドレス）が直接伝わってくる • 通常、HLFでは個々の消費者に対してはブロックチェーン上のIDを持たせない（割り当てない） • エンドユーザーが消費者の場合、トランザクションに署名し発行するのは中間オペレーター（のアプリ） • この場合、「トランザクション署名者がTokenのOwnerのIDと一致しているか」では権限制御できない • 必要に応じロールベース（RBAC）や属性ベース（ABAC）のオンチェーン権限制御ロジックを実装する 24 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates ウォレット（サーバーサイド）アプリコントラクト Chaincode アプリの認証（ID/PW等）操作ブロックチェーンのトランザクションエンドユーザー（消費者）自身の秘密鍵で署名トランザクションアプリの抱える秘密鍵で署名 Ethereum等パブリックBC Hyperledger Fabric 消費者消費者

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Hyperledger Fabricにおけるスマートコントラクト • 所謂「スマートコントラクト」だが、単に「台帳の読み書きのロジック」と考えるとわかりやすい • 「RDBにおけるストアドプロシージャのようなもの」という説明もある • HLFでは多くの場合、Chaincodeはそれほど複雑にも大規模にもならない • 認証認可やプライバシーを基盤機能で担当するのでChaincode側でやるロジックはそれほどない • Ethereumにおけるスマコン（ERC、Open Zeppelin、etc.の学習が必須）とは事情はかなり異なる • 専用のライブラリを組み込んで台帳（World StateおよびBlockchain）にアクセス • 機能数は限られており習得は難しくない • Chaincode開発言語の選択肢：Node.js、Go、Java Chaincode Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 25 Peerノード Ledger Chaincode

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• 各々が自身のPeerにInstallした後に、Channelで有効化することで実行可能に • 有効化の手続きはv1.x系とv2.x系で異なる（v2.x系ではオペレーションが一層分権化） • バージョンアップ可能：Chaincodeはバージョンアップできるため、稼働後も修正や改善が可能 • 新バージョンで旧バージョンのChaincodeが書いたレコードにもアクセスできる Chaincodeのライフサイクル Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 26 Install 有効化 Upgrade 新バージョンのInstall 各Orgで行うローカルなオペレーションネットワークのオペレーション新バージョン稼働

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Hyperledger Fabricの種々の機能を利用するアプリケーション • クライアントアプリケーションはFabric SDKを通じてHLFの機能を使う • 基本的には台帳に関する読み書き関連の機能を利用 • Peerノードに対してChaincode実行を依頼する • Peerノードから返ってきたEndorsementを集める • Ordering ServiceにTransactionを送付する • 機能の利用にあたってはCAから発行されたアイデンティティ（秘密鍵／証明書）を用いて認証する • Fabric SDKはNode.js版とJava版が正式リリースクライアントアプリケーション Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 27 Client App Fabric SDK Peerノード Ledger Chaincode 証明書

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Peer Peerノードが保持する分散台帳の1コピー Hyperledger Fabricにおける「台帳」 28 • 台帳は以下ふたつの要素から構成される＋ Blockchain：履歴 • トランザクションの履歴が格納されるハッシュチェーンで連結されたブロックのファイル • 追記オンリーで蓄積していく World State：状態 • 各Keyに対する現在（最新）バージョンの値を保持 • レコードは更新、削除が可能（履歴はBlockchainに残っている） • State DBと呼ばれるDBに格納される Ledger Peer Ledger Peer Ledger Peer Ledger Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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台帳に保存される「現在の値（ステート）」とそれを保持するデータベース World StateはKey-Valueストアで、Valueには任意の文字列やバイナリを格納可能 • ChaincodeはWorld StateからKeyのValueを読み出し、書き込むことで台帳上のデータに対してのビジネスロジックを表現する • State DBと呼ばれるデータベースに保持される通常のHLFではState DBにはLevelDBかCouchDBを選択可能 • LevelDB：シンプルなデータ構造を扱う場合向き（例：口座番号がKey／残高がValue） • Keyを指定するステート検索しかできない（単一指定or範囲指定） • CouchDB：複数の属性を持つValueを扱いやすい • JSON形式でValueを格納すると、Attributeを条件に指定して検索できる（リッチクエリ） • LevelDBに比べると低速な点、Phantom Read問題に係る制約には留意 World StateとState DB 29 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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ある程度柔軟なデータ構造を扱え、State DBによる検索の表現能力もそこそこ World Stateで扱うデータ構造の例 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 30 Key：口座番号 Value：残高 1020345 10,000,000 1020346 56,400 Key：アセット種別とID Value：アセット情報 car^aaa111 {“color”:”red”, “price”:10000, “owner”:”Bob”, “drive”:”front”} car^bbb222 {“color”:”blue”, “price”:30000, owner”:”Alice”, “drive”:”AWD’} bike^xyz345 {“color”:”green”, “price”:30000, owner”:”Alice”, “CC”:”1800’} シンプルなKey-Value構造：口座複合キーとJSONを用いたKey-Value構造：アセット台帳 Keyの値を指定してValueを読み取る／書き込む複合キーの利用や Key値の範囲指定のクエリも可 State DBにCouchDBを使いValueをJSONにしておくとリッチクエリが使える（例：ownerがAliceのアセットを全件取得）

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State DB内ではレコードにはKeyとValueの他にも以下の情報が付随している • Channel、Chaincode ID…どのChannelのどのChaincodeのレコードかを表し、名前空間として機能（Channel＋Chaincode ID＋Keyで一意） • Version…そのレコードはどのBlockのどのTransactionにより書き込まれたものかを示し、トランザクションの整合性検証に使用される（後で説明） State DB内に保持されているデータの付随情報 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 31 Channel Chaincode ID Key Value Version ch1 accountCC 1020345 10,000,000 Block17,Tx5 ch1 motorCC car^aaa111 {hogehoge... Block3,Tx1 ch2 marbleCC marble123 {fugafuga... Block1,Tx3 ch2 accountCC 3040567 300 Block1,Tx4

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独特な点：ブロック生成専用のノードの分離と階層型アイデンティティの採用 Organization • ネットワークに参加するメンバーの「組織」を表す抽象的な単位 • コンポーネントやユーザーが所属 Peerノード • 台帳（World StateとBlockchain）を保持 • Chaincodeをリクエストに応じて実行する Ordererノード • ひとつ～複数のOrdererノードでOrdering Serviceを構成 • トランザクションの順序を確定し、ブロックを生成し Peerノードに配布 Chaincode(スマートコントラクト) • 台帳の更新、照会のビジネスロジッククライアントアプリケーション • Hyperledger Fabricを利用するアプリ CA（Certificate Authority） • 各コンポーネントやユーザーのアイデンティティ（証明書）を発行するPKIの認証局 • 通常、Fabric CAを利用するが他の実装も利用可能（再掲）登場する要素、コンポーネント 32 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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• HLFのトランザクションはフローが独特で「まわりくどい」「わかりづらい」と言われがち • ここでトランザクションとは、台帳を更新する一連の（1セットの）処理 • しかしトランザクションの流れの理解は必須（細部はさておき） • トランザクションフローの理解が不足していると… • 発生するエラー（無効なトランザクション）の原因が理解できず対処できない • 不適切なChaincodeロジックおよびアプリケーションロジックを設計してしまう • パフォーマンスに問題が生じたときにボトルネックが特定できず対処できない • 各フェーズでのアクションが何のために行われているのか、全体としてどうしてそのような作りになっているのか、の目的を意識して学ぶと理解しやすいトランザクションフローをなぜ理解するべきか、どう学ぶべきか Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 34

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• 「Hyperledger FabricのコンセンサスアルゴリズムはPBFT」はまちがい • HLF v0.6ではPBFT（Practical Byzantine Fault Tolerant）だった • HLF v1.0以降はPBFTではない • 「Hyperledger FabricのコンセンサスアルゴリズムはRaft」も微妙 • RaftはOrdering Serviceのコンセンサスアルゴリズム（のオプションのひとつ）である • Q. 「じゃあHLF のコンセンサスアルゴリズムはなんなんですか？」→A. 「……。」 • HLFの公式ドキュメントでは「コンセンサスアルゴリズム」という語は使わず、「トランザクションフロー」として説明しているのでここでもそれに倣う • 一応書き添えておくとPoWなどにある多大な電力消費とは無縁説明に入る前に… Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 35

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Endorsement・Ordering・Validationの3フェーズから構成 Endorsement：トランザクションの内容について合意する • クライアントアプリケーションからPeerにChaincode実行依頼（Transaction Proposal）を送付 • PeerノードがChaincodeを実行（※）し署名を付けて結果（Endorsement）を返却 • クライアントはEndorsement Policyで定められた必要な分のEndorsementを収集する（※）この時点では台帳に反映しないため「シミュレーション実行」と言われることもある Ordering：トランザクションの順序を確定しブロックを生成・配布する • Endorsementを集め終えたクライアントアプリケーションがTransactionを送付 • 受け取ったOrdering ServiceがTransactionを詰めたBlockを生成、Peerノードに配布 Validation：トランザクションの有効性を検証したうえで反映する • Peerがブロック内のTransactionを検証し台帳に反映（コミット） 3フェーズのトランザクションフロー 36 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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トランザクションフローの図 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 37 Peer Chain Code Ledger Client App Orderer Orderer Orderer Client App Client App Peer Chain Code Ledger Peer Chain Code Ledger 1 1.5 1.5 1 2 2 3 3.5 4 4 4 5 5 5 1)Transaction Proposal 送付 1.5)Chaincode 実行 2) Endorsement 返却 3)Transaction 送付 3.5)Block生成 4)Block配布 5)Validation →Commit 2.5) Endorsement 収集 2.5

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38 From: https://hyperledger-fabric.readthedocs.io/en/latest/txflow.html ①Transaction Proposal送付 (1.5)Chaincode実行 (2.5) Endorsement収集 ③Transaction送信 ④Block配布 (5)Validation →Commit (※)Tx Event通知 ②Endorsement 返却 (3.5)Block生成 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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何を、何のためにやっているのか？再掲）Endorsement：トランザクションの内容について合意する • クライアントアプリケーションからPeerにChaincode実行依頼（Transaction Proposal）を送付 • PeerノードがChaincodeを実行（※）し署名を付けて結果（Endorsement）を返却 • クライアントはEndorsement Policyで定められた必要な分のEndorsementを収集する（※）この時点では台帳に反映しないため「シミュレーション実行」と言われることもある Endorsementフェーズの意図 • 別の組織が所有する複数のPeerで同一のChaincode（＝事前合意されたロジック）を実行し、同一の結果になること（＝トランザクション内容についての合意）を担保する • 以下のような事態を防ぐことができる • 自身の所有するPeerのみに依頼し、都合よく改変した不正なロジックを実行させ、その結果を正としてトランザクションが進んでしまう • 単一のPeerの持つなんらかの不具合、ミス、障害あるいは悪意により不正な状態になった台帳のデータをもとにトランザクションが進んでしまう Endorsementフェーズ 39 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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トランザクション内容へのPeerの「裏書」 Endorsement：Chaincode実行結果にPeerが署名したもの • クライアントは複数Peerから「同一の」実行結果を集める必要がある（値がバラバラだと無効） Endorsement Policy：あるトランザクションを台帳に反映するために、どのようなEndorsementを集めてこなければならないかを予め定義した条件（どうしたらコンセンサスが取れたことになるか） • 柔軟な設定が可能 • EndorsementはPeer単位ではなく、Organization単位でカウントされる • 単一のOrg配下の複数Peerから取ってきても意味がないシンプルなEndorsement Policyの例：Org 1,2,3で構成されるネットワークの場合に、 • AND(‘Org1.member’, ‘Org2.member’, ‘Org3.member’) // 全Org必須 • OR(‘Org1.member’, ‘Org2.member’) // Org1かOrg2どちらかひとつ • OutOf(2, ‘Org1.member’, ‘Org2.member’, ‘Org3.member’) // いずれか2つ EndorsementとEndorsement Policy Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 40

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Chaincode（シミュレーション）実行のBefore/Afterの状態セット RWSet（Read-Write-Set）と呼ばれるトランザクションの仕組み上必要なデータと、クライアントアプリケーションへの返り値がChaincode実行結果には含まれている RWSet：Chaincodeを実行するなかでの、 • World Stateから読み取った値があればそのKeyとバージョンのセット（Read-Set） • World Stateに書き込む（予定の）値があればそのKeyとValueのセット（Write-Set） HLFのトランザクションフロー上、以下のような意味を持っている • Read-Set：そのトランザクションが前提とした台帳の状態 • Write-Set：そのトランザクションが有効となった場合に書き込む値「Chaincode実行結果」とRWSet Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 41

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あるTransactionがWorld Stateから読んだレコード、書き込む（予定の）値 RWSetの例 ※バージョンの形式は単純化しており正確なものではない Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 42 • K1とK2のレコードを読んでいる • それぞれバージョンは”1” • K1に”V1”という値を、K3に”V2”という値をそれぞれ書き込もうとしている • K4のレコードを削除しようとしている

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再掲）Ordering：トランザクションの順序を確定しブロックを生成・配布する • Endorsementを集め終えたクライアントアプリケーションがTransactionを送付 • 受け取ったOrdering ServiceがTransactionを詰めたBlockを生成、Peerノードに配布 Ordering Service内にもコンセンサスがある： • Ordering Serviceは1～複数のOrdererノードから成るクラスター • このクラスターの中で受け取ったTransactionの順序を合意し決定している（現在はRaftを利用） Orderingフェーズ Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 43 Client App Orderer Orderer Orderer Client App Client App Tx1 Tx2 Tx3 Block Tx1 Tx2 Tx3 Peer Peer Peer

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ブロック生成ノードを分権で持つ＋冗長性により耐障害性を確保 Ordering Serviceのクラスターとコンセンサス（Raftの場合） Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 44 Peer Chain Code Ledger Client App Orderer Orderer Orderer Client App Client App Peer Chain Code Ledger Peer Chain Code Ledger L Raft コンセンサスどのOrdererノードに到達してもクラスター内で共有されるその時点でLeaderの役割を持っているノードが Blockを生成する

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Peer Ledger トランザクションの有効性を検証したうえで台帳に反映する • Validation：Blockを受け取った各Peerは、含まれるTransactionそれぞれを検証する • Endorsement Policyを満たしているか（含：各Endorserの戻したRWSetの比較） • 各署名（クライアント、Endorser、Orderer）は正しいか • Read-Set Validation：Read-Setに含まれるKeyのバージョンが自身の現在のWorld Stateのそれと一致しているか • Commit：ValidなTransactionについてはWrite-Setの値をWorld Stateに反映 • 併せて、Block、Transactionの内容およびメタデータをBlockchain部に保存 Validationフェーズ Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 45 Block Tx1 Tx2 Tx3 World State

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Tx2 • Read-Setに含まれるKeyのバージョンが自身の現在のWorld Stateのそれと一致しているか • 言い換えると、Chaincode実行時点（Endorsementフェーズ）で読み取ったレコードのValueが、Validation時点までに更新されていないことをチェックしている Read-Set Validationの必要性： • HLFはあるトランザクションでStateをReadする時点とWrite／Commit する時点が離れており、その間のロックもしていない • Read時点からWrite時点までにトランザクションの前提としたStateの状態が変わってしまうケースがある • i.e. 他のトランザクションによって更新 • 前提が変わっている場合には検出してトランザクションを無効にする必要がある Read-Set Validation Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 46 World State Key Value Version A 0 4 不一致

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ロジックとデータの整合性がおかしくなってしまう例例：残高1000円の口座Aから1000円引き落とすTx1と200円引き落とすTx2をほぼ同時に発行 • Endorsement： • Tx1：1000円の状態を読んで1000円マイナスし0円に更新する（予定、Write-Set） • Tx2：1000円の状態を読んで200円マイナスし800円に更新する（予定、Write-Set） • Ordering：Tx1→Tx2の順序に決定 • Validation： • Tx1反映後：0円を書き込み • Tx2反映後：800円を書き込み←1000円の口座から計1200円引き落としたはずなのに… こういう場合はTx2は無効になってほしいのでRead-Set Validationで検出するもしRead-Set Validationをしていなかったら… Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 47

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同一レコードに対して頻繁に読み書きするとタイミング次第でしばしば発生する Read-Set Validationで無効になるパターンのシーケンス Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 48 レコード x Tx1 Tx2 Read(x) Read(x) RS-V (x) Write(x) RS-V(x) version=n version=n? OK version=n version=n? NG Endorsement Ordering Validation Endorsement Ordering Validation version=n+1

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Endorsement・Ordering・Validationの3フェーズから構成 Endorsement：トランザクションの内容について合意する • クライアントアプリケーションからPeerにChaincode実行依頼（Transaction Proposal）を送付 • PeerノードがChaincodeを実行（※）し署名を付けて結果（Endorsement）を返却 • クライアントはEndorsement Policyで定められた必要な分のEndorsementを収集する（※）この時点では台帳に反映しないため「シミュレーション実行」と言われることもある Ordering：トランザクションの順序を確定しブロックを生成・配布する • Endorsementを集め終えたクライアントアプリケーションがTransactionを送付 • 受け取ったOrdering ServiceがTransactionを詰めたBlockを生成、Peerノードに配布 Validation：トランザクションの有効性を検証したうえで反映する • Peerがブロック内のTransactionを検証し台帳に反映（コミット）（再掲）3フェーズのトランザクションフロー 49 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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どうしてこのようなフローになっているのか • スマートコントラクトロジック実行とブロック生成を分離できる • 比率的に重いChaincode実行はPeerノードに、トランザクション順序の決定とブロック生成はOrdering Serviceにそれぞれ分離することによる処理能力向上 • ネットワーク規模拡大がスマートコントラクトロジック実行の処理負荷増大に直結しない • Endorsement Policy次第で、必ずしもネットワーク参加メンバー拡大に比例したかたちで冗長にChaincode 実行をするPeerノードが増えていかない（→スケーラビリティ） • トランザクションの並列実行可能性の向上 • Chaincode実行の処理量を複数Peerで水平分散できる • （更新するレコードが十分に分散している限りにおいて）同時／並列に処理できるトランザクション量を増やすことができる Endorsement・Ordering・Validationフローの主な利点 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 50

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• ブロックチェーン／DLTはネットワーク内のすべてのノードで同一のデータを複製し共有するというのが基本のアイディア • 一方で、エンタープライズ領域ではあるデータをネットワークのうち一部の参加者にしか見せたくない、というニーズが頻出する • エンタープライズ用ブロックチェーン基盤ではこうしたニーズに応えるため、データ共有範囲をネットワークの一部に限定するための機能を備えているものが多いエンタープライズブロックチェーン基盤のデータ共有範囲制御 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 52 A B D C A B D C 全データを全ノードで共有一部のデータは限られたノードで共有

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ChannelとPrivate Dataのふたつの機能の使い分け／組み合わせが可能 Channel ネットワークをサブネットワークに分割し、トランザクションそのものの（すなわち、そこで扱われるデータの）共有範囲を限定 Private Data Channel内で共有されるトランザクションのうち、一部のデータ項目を更に範囲を限定して共有できる HLFのデータ共有範囲制御 53 L1 L2 L3 【お客様情報レコード】 “ID : 1234567890” “生年月日 : 1987年1月1日” “性別 : 男性” “名前 : 鈴木太郎” “住所 : 東京都千代田区X-X-X” “電話番号 : 080XXXXXXXX” “契約コース : 従量制A” “契約日時 : 2019/1/21” Channel内の一部のメンバーのみデータを共有（他のメンバーには秘匿） Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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• HLFネットワーク内のサブネットワークである • あるChannelにはネットワークのうち一部～全部のOrganizationが所属する • 更にPeerノードやOrdererノードにもChannelへの参加／不参加がある • Channelごとに台帳が存在する、すなわちChannelが台帳の共有範囲である • Channelごとにトランザクションが実行される Channelの概要 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 54 OrgA Peer OrgB Peer OrgC Peer CH1 L1 L2 L1 L1 L2 L3 L3 CH2 CH3 Org A Org B Org C

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HLFにとってChannelは多くの要素の基礎となる構造 • Orgの参加／不参加 • Orgの権限（ReadOnly／ReaderWriter） • Peerノードの参加／不参加 • Ordering Serviceクラスター • 参加するOrdererノード • Ordering Serviceの設定 • Chaincodeの稼働 • Endorsement Policy • トランザクション • Chaincode実行 • ブロック生成 • ブロック配布 • 整合性 • 台帳 • World State • Blockchain • Private Data • Private Data Collection定義 Channelをスコープとする主な要素（設定、定義、処理など） Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 55

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ChannelとOrg、Ledger、Peer、Orderer、Chaincodeの関係の例 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 56 P1 P2 P3 P4 P5 P6 Ch1 Peer Orderer Organization Channel Org A Org B Org C O1 O2 O3 O4 O5 O6 Ch2 CC1 L1 L2 CC2 L2 CC2 L2 CC2 L2 CC2 L1 CC1 L1 CC1 CC2 CC1 CC1 CC1 CC1

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Channel作成、ノード追加、Chaincodeインストール、Chaincode稼働の順序 ChannelとOrg、Ledger、Peer、Orderer、Chaincodeの関係の例 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 57 P1 P2 P3 P4 P5 P6 Ch1 Peer Orderer Organization Channel Org A Org B Org C O1 O2 O3 O4 O5 O6 CC1 L1 L1 CC1 L1 CC1 ①Ch作成＆参加Org定義 ②OrgがChにノードを追加 ③Chに参加したPeerは Ledgerを保持 ④OrgがPeerにCC をインストール ⑤ChでCCを稼働

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ChannelとOrg、Ledger、Peer、Orderer、Chaincodeの関係の例 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 58 P1 P2 P3 P4 P5 P6 Ch1 Peer Orderer Organization Channel Org A Org B Org C O1 O2 O3 O4 O5 O6 Ch2 CC1 L1 L2 CC2 L2 CC2 L2 CC2 L2 CC2 L1 CC1 L1 CC1 CC2 CC1 CC1 CC1 CC1 CCのInstall有無は Peer個別に選択 Peerは・複数Chに参加可・複数CCを保持可 Chは複数CCを稼働可能同一CCを複数Chで稼働可能（台帳は別）

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• あるトランザクションのうち一部のデータを一部のChannelメンバーに限定して共有する（他のメンバーからは隠す）オプショナルな機能としてPrivate Dataがある • 共有先Orgは事前に定義しておく…Private Data Collection定義 • Private Dataの内容は台帳の外で保持され（※）、削除（Purge）が可能 • つまりWorld Stateに載らない、Blockchainにも残らない Private Dataの概要 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 59 OrgA Peer OrgB Peer OrgC Peer Channel 1 L1 PD1 L1 L1 Private Data Collection 1 PD1 ※Private Dataが台帳に含まれるかどうかはHLFの公式ドキュメント内でも記載がブレているが、台帳外であるとしたほうがわかりやすいのでここではそのように整理する

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• Private Dataを格納する容れ物をPrivate Data Collectionと呼ぶ • Private Data CollectionはWorld Stateとは別の領域のKey-ValueストアとしてState DB内に保持される • Chaincodeの中で利用するPrivate Data Collectionは、ChaincodeをChannelで稼働させる際に定義（宣言）する必要がある • この中でChannelメンバーのうちどのOrgのPeerがそのPrivate Data Collectionを保持するかを設定する Private Data Collection（PDC） Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 60 { "name": "collectionMarbles", "policy": "OR('Org1MSP.member’, 'Org2MSP.member’)”, ... } Peer Ledger Blockchain State DB PDC World State Private Data Collection定義の例

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• PDの内容はトランザクションに載らずPDC保持メンバーのPeerのみに共有 • PD内容はOrdering Serviceを通らず、Peer間のGossipで伝播する • 内容（KeyとValueそれぞれ）をハッシュ化したもの（Private Data Hash）はPDC保持メンバー以外の Channelメンバーにも共有される • PD Hashはトランザクションに載り、World Stateにも格納される • PD HashによりPrivate Dataの存在有無および内容は検証可能になる • 必要に応じてPDC保持メンバーはPrivate Dataが改ざんされていないことをPD Hashと突合することで確認、証明できる Private Data（PD）の内容とPrivate Data Hash（PD Hash） Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 61 Ledger Block Tx World State PD Hash PD Hash PDC PD内容ハッシュ化

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Private Dataの絡むトランザクションフローの図 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 62 Client App Peer PDC PD内容 Chain Code Peer Ledger Chain Code Ordering Service 1 1.5 2 Ledger Peer PDC Chain Code Ledger Peer PDC Chain Code Ledger PD内容 1.5 1 2 3 3.5 4 5 PD内容 4 5 5 4 4 5 1)Transaction Proposal 送付 1.5)Chaincode実行 2) Endorsement返却 3)Transaction送付（PD Hashを含むがPD内容は含まない） 3.5)Block生成 2.5) Endorsement収集 2.5 PD内容を伝播（Gossipプロトコル）

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Orderer ポイントはOrganization Hyperledger Fabricネットワークの概観図 64 Peer Client App CA Chain Code Ledger Orderer A社 Orderer Peer CA Chain Code Ledger Orderer Orderer Orderer Peer Chain Code Ledger CA Orderer CA Orderer Peer Chain Code Ledger B社 D社 C社 Client App Client App Client App Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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流れと各フェーズの目的を理解しておく Endorsement：トランザクションの内容について合意する • クライアントアプリケーションからPeerにChaincode実行依頼（Transaction Proposal）を送付 • PeerノードがChaincodeを実行（※）し署名を付けて結果（Endorsement）を返却 • クライアントはEndorsement Policyで定められた必要な分のEndorsementを収集する（※）この時点では台帳に反映しないため「シミュレーション実行」と言われることもある Ordering：トランザクションの順序を確定しブロックを生成・配布する • Endorsementを集め終えたクライアントアプリケーションがTransactionを送付 • 受け取ったOrdering ServiceがTransactionを詰めたBlockを生成、Peerノードに配布 Validation：トランザクションの有効性を検証したうえで反映する • Peerがブロック内のTransactionを検証し台帳に反映（コミット） Endorsement・Ordering・Validationから成るトランザクションフロー 65 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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ChannelはHLFの基礎の一部、Private Dataはオプショナル Channel ネットワークをサブネットワークに分割し、トランザクションそのものの（すなわち、そこで扱われるデータの）共有範囲を限定 Private Data Channel内で共有されるトランザクションのうち、一部のデータ項目を更に範囲を限定して共有できる ChannelとPrivate Data 66 L1 L2 L3 【お客様情報レコード】 “ID : 1234567890” “生年月日 : 1987年1月1日” “性別 : 男性” “名前 : 鈴木太郎” “住所 : 東京都千代田区X-X-X” “電話番号 : 080XXXXXXXX” “契約コース : 従量制A” “契約日時 : 2019/1/21” Channel内の一部のメンバーのみデータを共有（他のメンバーには秘匿） Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates

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なぜこんな設計になってるのか？と思ったらここに立ち戻る HLFの多くの機能や独特の仕様には、以下のような目的、背景があると考えると理解しやすくなる • 複数の企業／組織から成るコンソーシアム型のユースケースに最適化する • ネットワークの中で更にデータ共有範囲を分割／制御する • 重大なオペレーションの安全かつ分権したガバナンスを実現する • 耐障害性と可用性をブロックチェーン基盤の機能として確保する • ネットワークメンバー数とトランザクション処理能力のスケーラビリティを確保する Hyperledger Fabricの特色 Copyright © 2022 Oracle and/or its affiliates 67