Integrierung eines BFT-Konsensusprotokolls in Hyperledger FabricIntegration of a BFT consensus protocol in Hyperledger Fabric

Einleitung

Nach der Veröffentlichung des White Papers von Bitcoin [0] im Jahr 2008 ist die Popularität von Blockchains rasant gestiegen. Viele weitere Implementierungen, wie etwa Ethereum und Hyperledger Fabric, wurden in den folgenden Jahren entwickelt. Blockchains bestehen aus einer Reihe von Blöcken, die gewisse Transaktionen enthalten und bei denen weder der Inhalt noch die Reihenfolge verändert werden kann, wenn sie einmal an die Blockchain angehängt wurden. Um sich auf die Reihenfolge der Blöcke zu einigen, wird von den Teilnehmern, den Minern, das Konsensusprotokoll Proof-of-Work eingesetzt.

Was jedoch häufig als problematisch angeführt wird, ist der hohe Energieverbrauch des Bitcoin-Mining, da dieser Proof-of-Work äußerst rechenintensiv ist. Aus diesem Grund werden immer häufiger Alternativen in Betracht gezogen, wie zum Beispiel Proof-of-Stake oder auf Byzantinischer Fehlertoleranz (BFT) basierenden Protokollen.

Hyperledger Fabric ist eine permissioned Blockchain, die 2016 präsentiert wurde und bei der das Konsensusprotokoll pluggable, also austauschbar ist. Die Integrierung und der Vergleich verschiedener Konsensusprotokolle ist somit möglich und aktuell in Arbeit. Beispielsweise wurde vor kurzem eine Integrierung von BFT-SMART Integrierung in Hyperledger Fabric präsentiert [1]. Ein weiteres geeignetes Protokoll ist Hybster, ein hybrides BFT-Konsensusprotokoll, welches einen hohen Durchsatz erreicht. Um diese Integierung von Hybster in Hyperledger Fabric soll es in dieser Arbeit gehen.

Aufgabenstellung

In dieser Abschlussarbeit soll das BFT-Konsensusprotokoll Hybster in die Blockchain-Implementierung Hyberledger Fabric integriert und die Performance der Implementierung evaluiert werden. Im Einzelnen umfasst die Aufgabenstellung:

1. Erarbeitung der Grundlagen zu den Themen
   • Aktuelle Blockchains, insbesondere Hyperledger Fabric
   • Aktuelle Konsensusprotokolle, die in Blockchains eingesetzt werden
   • Hybride Konsensusprotokolle, insbesondere Hybster
   • Byzantinische Fehlertoleranz
2. Integrierung von Hybster als Konsensusprotokoll in Hyperledger Fabric
   • Konzeptionierung einer geeigneten Architektur, ggf. Orientierung an verwandten Arbeiten [1]
   • Implementierung des Interfaces, das von Hyperledger Fabric zur Verfügung gestellt wird
   • Übergang von Java zu Go z.B. mittels GRPC
3. Verifikation und Evaluation der Implementierung
   • Performance-Benchmarks zum Vergleich verschiedener Konsensusprotokolle, die in Hyperledger Fabric verwendet werden, z.B. Solo, Kafka, SBFT
   • optional: Security-Evaluation der Implementierung

Links und Referenzen

[0] S. Nakamoto, "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System", 2008.
[1] A. Bessani et al., "A Byzantine Fault-Tolerant Ordering Service for the Hyperledger Fabric Blockchain Platform", 2017.

• Hyperledger Fabric
• Hyperledger Fabric on Github
• Architecture of the Hyperledger Blockchain Fabric
• Behl et al. "Hybrids on Steroids: SGX-Based High Performance BFT"
• Golang