Hyperledger Fabric Börsenlexikon Vorheriger Begriff: Nackte Mark (NAKMAK) Nächster Begriff: Istanbul BFT (IBFT)

Hyperledger Fabric ist ein Open-Source-Framework für die Entwicklung und den Betrieb von privaten, genehmigungspflichtigen Blockchain-Netzwerken. Es wurde unter dem Dach des Linux Foundation Projekts „Hyperledger“ entwickelt und richtet sich primär an Unternehmen, die ein hohes Maß an Datenschutz, Skalierbarkeit und Modularität benötigen. Hyperledger Fabric unterscheidet sich in mehreren wesentlichen Punkten von öffentlichen Blockchain-Plattformen wie Bitcoin oder Ethereum, insbesondere in Bezug auf Netzwerkarchitektur, Konsensmechanismen und Governance-Strukturen.

Architektur und Komponenten

Die Architektur von Hyperledger Fabric basiert auf einer modularen Struktur, die es ermöglicht, verschiedene Komponenten wie Konsensalgorithmen oder Mitgliedschaftsdienste flexibel auszutauschen oder zu konfigurieren. Zu den zentralen Komponenten zählen:

1. Peers: Diese Knoten speichern den Ledger und führen Smart Contracts aus, die in Fabric als „Chaincode“ bezeichnet werden. Es gibt verschiedene Arten von Peers, darunter Endorsing Peers (die Transaktionen validieren) und Committing Peers (die Transaktionen in den Ledger übernehmen).

2. Ordering Service: Diese Komponente ist für die Reihenfolge der Transaktionen verantwortlich. Sie stellt sicher, dass alle Teilnehmer dieselbe Reihenfolge der Transaktionen sehen. Der Ordering Service kann durch verschiedene Mechanismen wie Raft, Kafka oder BFT-Protokolle implementiert werden.

3. Membership Service Provider (MSP): Der MSP ist für das Identitätsmanagement zuständig und legt fest, welche Teilnehmer berechtigt sind, am Netzwerk teilzunehmen. Die Authentifizierung basiert auf Public-Key-Infrastrukturen (PKI).

4. Ledger: Das Ledger besteht aus zwei Teilen – dem „World State“ und der „Blockchain“. Der World State ist eine Datenbank (z. B. LevelDB oder CouchDB), die den aktuellen Zustand aller Vermögenswerte enthält. Die Blockchain speichert die Historie aller Transaktionen in chronologischer Reihenfolge.

5. Chaincode: Dies sind die Smart Contracts in Hyperledger Fabric, die in Programmiersprachen wie Go, Java oder JavaScript geschrieben werden können. Chaincode wird verwendet, um Geschäftslogik zu implementieren und Transaktionen zu validieren.

Transaktionsprozess

Der Transaktionsprozess in Hyperledger Fabric ist in drei Phasen unterteilt: Vorschlag (Proposal), Validierung (Validation) und Commitment. Dieser Ablauf wird auch als execute-order-validate bezeichnet und unterscheidet sich fundamental vom klassischen order-execute-Modell anderer Blockchains.

1. Proposal Phase (Ausführung): Ein Client sendet eine Transaktionsanfrage an einen oder mehrere Endorsing Peers, die den Chaincode ausführen und einen Transaktionsvorschlag (Proposal Response) zurücksenden.

2. Ordering Phase (Reihenfolge): Der Client sammelt ausreichend viele gültige Proposal Responses gemäß der Endorsement Policy und sendet die Transaktion an den Ordering Service, der die endgültige Reihenfolge aller Transaktionen bestimmt und in Blöcken verteilt.

3. Validation and Commitment Phase: Die Peers validieren die erhaltenen Transaktionen hinsichtlich Konsistenz und Übereinstimmung mit der Endorsement Policy. Nur gültige Transaktionen werden in den Ledger übernommen.

Diese Trennung der Ausführungs-, Reihenfolge- und Validierungsprozesse erhöht die Skalierbarkeit und ermöglicht parallele Verarbeitung.

Datenschutz und Kanäle

Ein wesentlicher Vorteil von Hyperledger Fabric ist die Möglichkeit, Kanäle (Channels) zu verwenden. Ein Kanal stellt ein Subnetzwerk innerhalb des Blockchain-Netzwerks dar, das nur von den Mitgliedern dieses Kanals eingesehen werden kann. Dadurch können mehrere Organisationen auf derselben Blockchain-Infrastruktur arbeiten, ohne ihre Daten gegenseitig offenzulegen.

Darüber hinaus bietet Fabric Private Data Collections, die einen granulareren Datenschutz auf Datenebene ermöglichen. Nur ausgewählte Teilnehmer erhalten Zugriff auf bestimmte Daten, während Metadaten und Hash-Werte im Ledger gespeichert werden, um Integrität und Nachvollziehbarkeit zu gewährleisten.

Konsensmechanismus

Hyperledger Fabric verfolgt einen pluggable consensus-Ansatz, bei dem der Konsensmechanismus flexibel ausgewählt und angepasst werden kann. Da es sich bei Fabric um ein genehmigungspflichtiges Netzwerk handelt, entfällt die Notwendigkeit energieintensiver Verfahren wie Proof-of-Work. Stattdessen kommen effizientere Verfahren wie Raft (Crash-Fault-Tolerant) oder BFT-Algorithmen (Byzantine-Fault-Tolerant) zum Einsatz.

Der Konsensprozess in Fabric ist in der Architektur dezentralisiert: Die Validierung der Transaktionen erfolgt durch die Endorsing Peers, während die Ordnung und Verteilung durch den separaten Ordering Service gewährleistet wird. Dieser modulare Aufbau erlaubt eine hohe Anpassbarkeit an unternehmensspezifische Anforderungen.

Governance und Identitätsmanagement

Da Hyperledger Fabric für den Unternehmenseinsatz konzipiert ist, spielt die Governance eine zentrale Rolle. Die Identitäten aller Teilnehmer werden durch digitale Zertifikate eindeutig nachgewiesen, die vom MSP verwaltet werden. Damit lassen sich detaillierte Zugriffsrechte und Rollen definieren, was insbesondere für regulatorische Anforderungen wichtig ist.

Organisationen, die einem Hyperledger-Fabric-Netzwerk beitreten, können eigene Policies definieren, beispielsweise hinsichtlich der Genehmigung von Chaincode-Updates oder der Abstimmung über Netzwerkregeln. Durch diese Governance-Strukturen entsteht ein kontrolliertes und auditierbares System.

Anwendungsfelder

Hyperledger Fabric findet vor allem in Bereichen Anwendung, in denen Vertrauen, Nachvollziehbarkeit und Datenkontrolle im Vordergrund stehen. Typische Einsatzgebiete sind:

1. Lieferkettenmanagement: Zur Verfolgung von Warenflüssen und Herkunftsnachweisen, z. B. in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie.

2. Finanzwesen: Für den Austausch sensibler Transaktionsdaten zwischen Banken und Finanzdienstleistern.

3. Versicherungen: Automatisierung von Schadensfällen durch Smart Contracts.

4. Gesundheitswesen: Sicherer Austausch medizinischer Daten unter Wahrung der Datenschutzrichtlinien.

5. Öffentliche Verwaltung: Digitale Register und fälschungssichere Dokumentation von Verwaltungsakten.

Vergleich mit anderen Blockchain-Technologien

Im Unterschied zu öffentlichen Blockchains wie Ethereum oder Bitcoin, bei denen jeder Knoten Transaktionen validieren und einsehen kann, ist Hyperledger Fabric ein permissioned Ledger, bei dem nur autorisierte Teilnehmer Zugriff erhalten. Dadurch ist das System nicht nur effizienter, sondern auch datenschutzkonform einsetzbar.

Ein weiterer Unterschied ist die Unterstützung von vertraulichen Transaktionen durch Kanäle und Private Data Collections. Auch die Modularität, insbesondere bei der Wahl des Konsensmechanismus und der Integration von Identitätsdiensten, bietet Unternehmen eine höhere Flexibilität als bei monolithischen Blockchain-Plattformen.

Fazit

Hyperledger Fabric ist ein leistungsfähiges, modular aufgebautes Blockchain-Framework, das speziell für den Einsatz in unternehmensbezogenen, genehmigungspflichtigen Netzwerken konzipiert wurde. Seine Architektur mit getrennten Komponenten für Ausführung, Ordnung und Validierung ermöglicht eine hohe Skalierbarkeit und Anpassungsfähigkeit. Durch die Integration von Datenschutzmechanismen wie Kanälen und privaten Datenkollektionen eignet sich Fabric besonders für sensible Anwendungsbereiche, in denen regulatorische Anforderungen erfüllt werden müssen. Im Vergleich zu öffentlichen Blockchains überzeugt Hyperledger Fabric durch seine Effizienz, seine Governance-Fähigkeiten und seinen Fokus auf geschlossene Teilnehmerkreise.