EXE #6：Hyperledger Fabric活用によるデータ流通ネットワーク

富士通研究所ネットワークシステム研究所
今井悟史
Hyperledger Fabric※活用による
データ流通ネットワーク
※ Hyperledger Fabric：
ブロックチェーンフレームワークであり、The Linux Foundationが運営す
るHyperledger Projectの一つ。Hyperledgerは、産業間共通のブロ
ックチェーン技術推進のために設立されたオープンソースソフトウェアの共同
開発プロジェクトであり、当社もプレミアメンバーとして参画。
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ネットワークのユーザ間で『台帳』を分散共有する仕組み
従来：各企業で異なる台帳を管理・運用
ブロックチェーン：全企業で同一台帳を共有
ブロックチェーンとは
台帳
(マスタ)
台帳
（C社）
台帳
(B社)
台帳
(A社)
銀行
台帳
台帳台帳
台帳
銀行
A社
B社C社
A社
B社C社

ブロックチェーンの特徴と構成技術
暗号技術
合意形成
(コンセンサス)
スマート
コントラクト
暗号技術（楕円曲線公開鍵暗号、署名)とハッシュ
連結より、ブロック間のつながりを構築し、改ざん防止
複数の参加者間でも取引内容を検証し、保証
ビジネスルールを記述したプログラムによる
自動的な合意プロセスに基づく契約執行
 ビットコイン等の価値記録の取引を第三者機関不在で実現
 中央管理者を必要とせずにシステムを維持することを実現
 改ざんが困難なデータ構造
 単一障害点が存在しないため、高い故障耐性も持つ
[特徴] P2P通信によるデータ同期機構
[構成技術]

ブロックチェーンの仕組み
契約(トランザクション)を記した台帳を公開し、ユーザ全員
でその正当性をチェックすることで、不正の無い契約を遂行
 トランザクションをユーザ全員に周知し、過去の取引の要約情報(ハッシュ)を埋め込んで登録
 秘密鍵による電子署名を用いてトランザクションを認証
 すべての履歴情報を公開
過去現在
最新ブロック(n)
ブロックヘッダ
ブロック(2) ブロック(3)ブロック(1)
……
トランザクション
データ
直前ブロック
のハッシュ値
直前ブロック
のハッシュ値
直前ブロック
のハッシュ値
データ
データ
データ
直前のブロックヘッダ
のハッシュ値
マークルルート
ハッシュ値
AさんからCさんへ10BTC
BさんからAさんへ0.１BTC
CさんからDさんへ5BTC

ブロックチェーンの改ざん不能性
改ざんがすぐにばれる、改ざんは実質不可能
 連なるブロックのハッシュ値を全て変更する必要がある
 共有される正当なブロックより速く生成&配布する必要がある
•もっとも長いチェーンを正しい履歴であると採用する仕組み
ブロックブロックブロックブロックブロック
ブロックブロック改ざん
ブロック
新しいハッシュ値でのブロックを
他サーバよりも速く生成&配布する必要あり
ブロック
膨大な計算量が必要で、
実質改ざんは不可能
ブロック
ブロック
ハッシュ値
トランデータ
ブロック
ハッシュ値
トランデータ
ブロック
ハッシュ値
トランデータ
ブロック
ハッシュ値
トランデータ
ブロック
ハッシュ値
トランデータ
ブロック
ハッシュ値
トランデータ
改ざん
連なるハッシュ値を書き換える必要あり

ブロックチェーンで期待される効果
様々な取引の自動化/省力化
煩雑な契約や決済、資産などの管理が一元化
取引・手続きの正当性・安全性を保証
透明性に基づく安全
改ざん不能な証跡の管理
中央管理不在による恒久的なサービス
圧倒的な冗長性によるゼロダウンタイムタイム
独立していたサービスが業態を超え相互に連携
中央管理不在の新たなビジネス共創の場が構築
他業種連携の仕掛けとして発展
コスト低減
サービス
継続性
安全性
新サービス

パブリックコンソーシアムプライベート
パブリックコンソーシアムプライベート
管理者なし複数単独
参加自由許可制許可制
代表的な
コンセンサス
Proof of Work
Proof of Stake
特定者間の合意組織内の承認
代表的なOSS
Bitcoin
Ethereum
Hyperledger Project
(Fabric他)
ブロックチェーンの分類
低高
合意に必要な処理コスト低
参加者の信頼度
高

Proof of Work
 誰かが作成に成功したブロックを全員で共有し検証
 過半数(51%)以上のノードが正当性を承認したブロックは正しいと判断
ビットコインのコンセンサス
:
:
クライアント
ノード1
ノード2
ノードn
ブロック作成
ブロック作成
ブロック作成ブロック検証
ブロック検証
チェーン連結
チェーン連結
時刻
マイニングに成功
チェーン連結
受付
正当性を承認
正当性を承認
共有
ブロック生成
(マイニング)
ブロック
検証
チェーン
連結
ブロック
共有
発行

コンソーシアム型コンセンサスの一例
PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)
 複数のノード(検証ノード)にブロックの生成の権限を与え、検証ノード間の合意形成により、
トランザクションの承認を実行
 1/3未満の検証ノードで詐称・故障が発生しても、正当な合意形成が可能
時刻
受付・転送
受信
受信確認と
トランザクション検証
実行
チェーン
連結
発行
:
クライアント
リーダ
検証ノード
検証ノード1
検証ノードn
受信
受信
Tx検証
Tx検証
Tx検証 Tx実行チェーン連結
チェーン連結Tx実行
Tx実行チェーン連結
他ノードの検証結果を踏まえ実行正当性を検証
: : :
Tx:トランザクション
:

スマートコントラクト
契約内容とその履行をプログラムとして記載し、事前に設定
された条件に基づいて自動的に契約を実行する機能
契約内容の合意、履行の検証、契約の履行を自動化
①契約の合意
プログラムの登録*1
②検証
プログラムによる判定
③契約の履行
プログラムによる自動履行
ブロックチェーンネットワーク
契約の検討
検証履行
期日：月末
支払：A社⇒B社
金額：$100.00
時刻を契機に審査期日に支払履行
条件OK
＄
支払期日？
口座残高？
Z銀行（A社口座）
支払依頼
B社
*1) 契約の合意をブロックチェーンサービスとして実装した場合の例

HLPノード
Ethereumノード
コントラクト実行アーキテクチャ例
コントラクト
ローカル
ストレージ
Contractソースコード
Contract実装
トランザクション実行
JavaScriptコンパイラ
デプロイ
コンパイル
ブロック
ハッシュ値
コントラクト
World
State
(KVS)
チェーンコード on コンテナ
(Invoke/Query)
ブロック
ハッシュ値
コントラクト
ブロック
ハッシュ値
コントラクト
Json-RPC
REST API
ブロック
ハッシュ値
ブロック
ハッシュ値
ブロック
ハッシュ値
Chaincodeソースコード
Chaincode実装
トランザクション実行
REST API
JavaScript
デプロイ
gRPC
Ethereum: 処理とデータが密結合
e.g.Golang
e.g.Solidity
HyperledgerFabric: 処理とデータが分離

Hyperledger Fabricアーキテクチャ
Peering Service
Peer Node
Fabric-CA
App
(Node.js)
①enroll
②検証依頼
③検証結果
④検証結果通知
⑥ブロック整列・作成
⑦ブロック送信
Ordering Service
w. Kafka/Zookeeper
⑧結果受領
⑤コンセンサス e.g. BFT
⑧他Peerにブロック送信
Ver1.0のアーキテクチャ概観
分散CA
分散処理

富士通のネットワーク応用
の取り組み紹介

富士通グループの主な取組み
Linux Foundation Hyperledger
パブリック型コンソーシアム型プライベート型
bitcoind
サイドチェーンEthereum
Open Asset
Colored Coins
Bitcoin
ビジネスロジック/開発環境
BCaaS
高速化・セキュリティ
データ/ネットワーク連携
本日はデータ流通ネットワークへの応用事例を紹介します
ク
ロ
ス
ボ
ー
ダ
取
引
ポ
イ
ン
ト
未
公
開
株
管
理
IoT
デ
ー
タ
取
引
地
域
通
貨
API
エ
コ
ノ
ミ
ー
フ
ァ
イ
ル
共
有
ブロックチェーン
インフラ
サービス基盤
サービス
PDS/
情
報
銀
行

様々なデータを活用した新たなサービス創出に期待
 デジタルトランスフォーメーションにおけるデータ流通・利活用の取り組みが加速
 Society 5.0が2016年に提唱され、データ利活用のルール整備に向け議論中
一方、セキュリティの懸念から、企業や個人が保有したまま
で活用されない死蔵データが多く存在
検討のモチベーション
データ保有者が自身のデータを安心して提供できる
データ流通プラットフォームを実現したい
データ流通の場

新たなデータ流通の形
データ管理・セキュリティ対策はクラウド任せ
 データは自身で管理
 必要な時、必要な相手と、必要なデータを
流通
クラウド共有型分散ネットワーク型
 機密データなどの情報漏えいに不安
 セキュリティ懸念
自身のデータ流通は自身でコントロール
インターネット
データ流通ネットワーク
A社
A社
データ
A社データ
B社データ
C社データ
D社データ
B社
データ
C社
データ
D社
データ
インターネット
B社 C社 D社

Virtual Private digital eXchange(VPX)
ブロックチェーンのスマートコントラクトを、分散環境における
ネットワークアクセス制御とピアツーピア通信制御に応用
ピアツーピア通信
(IPFS/VPN)
独自Chaincode
Hyperledger
VPXゲートウェイ
API
イベント
認証・証跡
データ
発行
ピアツーピア通信
(IPFS/VPN)
独自Chaincode
Hyperledger
API
データ
取得
アクセス
認証・証跡
アクセス制御・証跡管理
データディレクトリ
セキュア
データ通信
VPX API
ユーザ
データ利用アプリ
企業システム
データ発行アプリ
広域ネットワーク
データやアドレスに対する属性/IDの公開
オーナによるアクセスポリシ設定(不正取引排除）
データ取引の自動化・セキュア通信
あらゆる取引の証跡記録
VPX API

参考：IPFS (InterPlanetary File System)
2015年分散WEB技術として発表、オープンソース開発中
P2Pネットワーク上で、HTTPによるコンテンツ配信を実現
[HTTPによるコンテンツ取得]
ハッシュのURL指定によるHTTPアクセ
スにより、ハッシュ空間でファイルを探索
し、直接ファイルにアクセス
[コンテンツID化（ハッシュ）]
P2Pネットワークに登録されたファイルに
対し一意のハッシュアドレスを自動割当、
ハッシュによるコンテンツ管理を実行
[キャッシュ機能]
中継ノードでのコンテンツキャッシュ機能
を持ち、P2Pネットワーク内でのコンテン
ツの永続管理を実現
・・・・
・・・・
・・・・
ハッシュアドレスよる
HTTP接続
ハッシュアドレス
ファイル
b184001fe40182d48ed0
6b06fe40e4d379f1d0bf8
e17799a05b83355e1ae9
・・・・
・・・・
・・・・
VPXでは、アドイン機能として、データに対する一意なハッシュ
IDの割付とハッシュアドレスによるピアツーピアに通信に活用

VPX活用の取り組み紹介
① IoTデータ取引: IoTゲートウェイによるセンサデータの共有
② ファイル共有：企業・個人間のセキュアファイル共有
③ APIエコノミー：API情報の流通によるデータ取引
①
IoT
データ取引
②
ファイル
共有
③
API
エコノミ‐
台帳共有・証跡管理
ピアツーピア通信(IPFS/VPN)
システムA システムB
制
御
データ属性/IDの公開
アクセスポリシー設定
データ取引自動化
制
御
2017Interop
に出展
2016組込み総合技術展
に出展

2016年11月組込み総合技術展2016に出展
ユースケース①：IoTデータ取引
※(株）富士通ソフトウェアテクノロジーと共同出展

IoTゲートウェイによる分散Webネットワーク
センサー情報のWebサービス化をIoTゲートウェイで
簡単かつセキュアに実現
簡単にWebサービスを創る自己組織型ネットワーク
 IoTゲートウェイ間のピアツーピア通信のみで、センサ情報のWebサービス化を実現
堅牢な閉空間を創る分散型セキュリティプラットホーム
 ユーザ認証、データ著作権保証、アクセス証跡等のセキュリティ機能をブロックチェーン技術を応用・拡張して実現
IoTゲートウェイ IoTゲートウェイ IoTゲートウェイ
Webで状況確認
分散Web
情報登録
証跡 A
情報登録
証跡 y
センサなどの情報登録センサなどの情報登録 Webで状況確認
アクセス
証跡 B
アクセス
証跡 x

IoTデータ取引の仕組み
VPX-GW
IPFS
WEBファイル取得
センサデータ登録
VPX-GW
IPFS P2P暗号化通信
センサデータ登録
WEB
ディレクトリ
連動連動
センサ情報
登録
センサ
データ
利用者
②
①
サービス要求
WEBファイル
取得
IoTゲートウェア間の自律分散制御で、「センサ認証」
「センシングデータの登録」と「WEBサービス化」を実現
VPX
WEBファイル生成 WEBファイル発行
WEBファイル取得
WEB
ディレクトリ

デモ：物流品質トレーサビリティ
 物流過程の情報を関連する組織内・間でセキュアに流通
させ、簡単に物流品質の見える化を実現
 IoTゲートウェイ同志が繋がり、センシングした商品状態と
その証跡情報を分散して管理、IoTゲートウェイだけで
WEBサービスを構築デモシステム構成

ユースケース②：セキュアファイル共有

VPX
企業間ファイル共有ネットワーク
 ローカル保有するデータ毎に、IPFSでWEB-IFを自動構築
 ブロックチェーン技術を応用したアクセス認証と証跡管理、
暗号化でデータ毎に細やかなセキュリティポリシーを適用可
 重要データを企業側で管理したまま、アクセス権を持つユー
ザがデータ保有者と直接通信可能
ファイル送受
改ざん防止
送達保障
受信元送信先
A社 B社
証跡
アクセス
ポリシー
ファイル
発見
ファイルファイル
暗号化

ファイル共有の仕組み
VPX-GW
IPFS
ファイル一覧取得
ファイル取得
VPX-GW
IPFS P2P暗号化通信
ファイル登録
公開ポリシー・
ハッシュID共有
ファイル
ディレクトリ
連動連動
ファイル登録
（共有範囲）
ファイル
取得者
②
③
①
ファイル一覧取得
ファイル取得
一覧要求
一覧取得
ファイル要求
ファイル取得
「ファイル登録」「ファイル一覧取得(検索)」「ファイル取得」の
セキュアなファイル送受の手続きを実現
VPX
ファイル
発行者
ファイル登録
公開ポリシー・
ハッシュID共有
ファイル
ディレクトリ

VPXネットワーク
デモ：企業・組織間のファイル共有
GW
(A社)
GW
(B社)
GW
(C社)
Alice画面 Bob画面 Charlie画面
管理者
画面

2017年6月 Interop2017に出展
2017年10月 CEATEC2017に出展
ユースケース③：APIによるデータ流通
クラウドプラットフォーム部門
審査員特別賞受賞
※(株）富士通ネットワークソリューション事業部と共同出展

APIによるデータ流通ネットワーク
不正取り引きを防止し、信頼できる相手とのみ
安心・安全・簡単にAPIを介したデータ流通が可能
データ取り引きの
自動化
簡単
自由なアクセス
ポリシー設定
安全
データの属性情報
/データID公開
安心
広域ネットワーク
企業システム
API発行アプリ
ユーザ
API利用アプリ
暗号化データ通信
VPX-API
（提供者側）
データ登録
認証, 認可, 証跡
データアクセス
認証, 認可, 証跡
データ取引
アクセス制御・証跡管理
データディレクトリ
データの属性とID情報の登録
アクセス権限の設定
一連のプロセスの自動化
暗号化データ通信
データの属性とID情報の登録
アクセス権限の設定
一連のプロセスの自動化
（利用者側）
VPX-API
スマートコントラクトスマートコントラクト

APIによるデータ流通の仕組み
VPX-GW
VPN/IPFS
API一覧照会
API利用(データ取得)
API登録
GUI
属性
/公開範囲
VPX-GW
①
VPN/IPFS
データ
ソース
（API）
ユーザ
ポータル
③
Swagger
UI
API一覧照会
API利用(データ取得)
API登録
公開ポリシー・ハッシュ共有
スマートコントラクトデータ要求
API情報取得
API一覧
取得
データ取得
②
④
連動連動
API登録
API
ディレクトリ
API
利用者
暗号化通信
APIドキュメント取得APIドキュメント取得
「API情報(アドレス・仕様)流通」、「データ発見・検索・
マッチング」等のAPIを介したデータ流通の手続きを実現
API
提供者
VPX
④
④
API登録
公開ポリシー・ハッシュ共有
API
ディレクトリ

デモ：データ流通の手続きイメージ
安心安全なデータ公開・発見とデータ取得代行
データ提供
カメラAPI
利用者Ａ
利用者Ｂ
データの公開と発見
認証
↓
認可
↓
通知
認証
↓
認可
↓
ID化
登録
↓
共有
X社
Ａ社
Ｂ社
カメラ画像持ってます
キーワードは△△
APIアドレスは〇〇
Ａ社に見せます
△△のカメラ画像が
欲しいけどありますか？
△△のカメラ
画像があります
IDは××
あなたが取得できる
画像はありません
△△のカメラ画像が
欲しいけどありますか？
認証
↓
認可
↓
通知
データ提供
カメラAPI
利用者Ａ
利用者Ｂ
認証
↓
認可
↓
取得
代行
認証
↓
認可
↓
取得
代行
X社
Ａ社
Ｂ社
ID xxの画像ください
画像を渡します
NG
ID xxの画像ください認証
↓
否決
IDの盗用
カメラデータ
の取得代行
データの取得代行
カメラデータ
の取得代行
VPX
VPX
VPX
VPX
VPX
IDとポリシの
共有
VPX

まとめ
ブロックチェーン(HyperledgerFabric)をネットワーク制御に
応用し、企業・個人が持つデータの流通を安心・安全に実現
VPXの機能拡充
信頼性とスピードのトレードオフ考慮
ノード数とデータ量に関するスケーラビリティ向上
ノードの信頼性を考慮した接続管理
製品化予定
本技術を活用したデータ流通プラットフォームを実用化し、FUJITSU
Network Virtuoraシリーズとして幅広いお客様へのサービス提供予定
(2018年3月リリースを予定)

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