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Ethereumの企業向けprivate chainであるQuorumについてまとめたよ

Last updated at 2019-10-06Posted at 2019-10-06

Quorumとは

Quorumは、JPモルガン主導で開発が行われている、トランザクションとコントラクトに秘匿性を持たせることができるEthereumをベースにした分散台帳プロトコルで、パブリックブロックチェーンであるEthereumとは異なるコンセンサスアルゴリズム(後述)に基づいています。

Quorumは、go-ethereumをフォークしたプロジェクトで、次のような特徴があります。

Privacy
- トランザクションやコントラクトの秘匿化が可能になっており、Peer同士での暗号化されたメッセージの交換なども行うことができます。
Consensus Mechanisms
コンソーシアムブロックチェーン(プライベートブロックチェーン)として利用できるコンセンサスアルゴリズムを選択することができます。
- Raftベースコンセンサス -
  ブロック生成速度が速く、ファイナリティを得ることができ、トランザクションが発生するごとにブロックを生成する設定にもできる。
- Istanbul BFT
Peer Permission
コントラクトによって、node/peerの参加を許可することができる
Higher Performance
パブリックブロックチェーンのgethよりも、格段に速くトランザクションを処理することができます。

Quorumの構成

Quorum Node -
Quorumノードは次の点がgethと異なります。
- コンセンサスがPoWに代わってRAFTまたはIstanbul BFT
- P2Pレイヤーが、許可されたノード間でのみ同期するように変更
- ブロック生成および検証ロジックに、global state rootではなくglobal public state rootが使用
- State Patricia trieが、Public state Patricia trieとPrivate state Patricia trieに分割
- ブロック検証ロジックがPrivate Transactionsを扱えるように変更
- トランザクション生成の過程で、dataの中身を暗号化されたhash値でも可能なように変更
- Gasの排除
Privacy Manager(Tessera)
- Transaction Manager
  - 暗号化されたトランザクションデータのへのアクセス権を持つ。秘密鍵は保持しない。
  - Enclaveとのやり取りを行う。
  - 他参加者のTransaction Managerとの通信
- Enclave
  - 秘密鍵を保持する。
  - (安全面を意識して)Tesseraと別プロセスで動かすことも可能。

Quorumの仕組み

Quorumは、二つの状態(state)を持つ。

Public state(全てのnodeからのアクセスが可能)
Private State(許可をもらっているnodeのみがアクセス可能)

トランザクションの暗号化を行うかどうかで、保有する状態が違う。public stateは全てのノードが保有しているが、private stateは、そのトランザクションに関係があるノードのみがローカルで保有する。コントラクトの変更に関しては、private コントラクトから public コントラクトのvalueを変更することはできず、READ onlyになる。private トランザクションに関しては、全てのノードの間で共有している訳ではないので、private stateにおいてコンセンサスを取ることはできない。その点を克服するために、RPC method eth_storageRoot(address[, blockNumber]) -> hashが準備されており、任意のブロック高でのアドレスのstorageRootを返す関数が用意されており、Transaction関係者は確認することができる。

コンセンサス比較

	Raft	Istanbul BFT
ブロック生成時間	50msec	1~10sec
proposer選出アルゴリズム	Leaderが落ちるまで交代しない	ラウンドロビン
nodeの追加	できない	できる
ビザンチン耐性	crash recovery	BFT
ブロック生成手順	未承認Txがあれば生成	未承認Txがなくても生成し続ける
最大許容故障数Fに対する最適ノード数	2F + 1	3F + 1

信用できる参加者のみで運営する場合は、Raftコンセンサスを選択し、利害が対立する参加者同士で運営する場合は、Istanbul BFTを選ぶのが良い。

その他

ツール

Quorum Blockchain Explorer - private トランザクションの可視化を可能にするブロックチェーンエクスプローラー
Quorum Maker - quorumネットワークと周辺の設定をいっぺんにできるツール。
quorum-cloud - ネットワークのawsへのdeployをサポートする
Cakeshop - 総合開発環境SDK
quorum.js - web3のquorum版

tutorial

docker-composeかvirtual machineでローカル環境に７つのノードを立てて、private/public transactionの送受信を確認できる。
https://github.com/jpmorganchase/quorum-examples

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