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L7SP: serviços para otimizar o gerenciamento e o desempenho de Blockchain Privados

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Autor Furtado, Fabricio Reis;
Lattes do autor http://lattes.cnpq.br/2500607671795731;
Orientador Righi, Rodrigo da Rosa;
Lattes do orientador http://lattes.cnpq.br/2332604239081900;
Instituição Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
Sigla da instituição Unisinos;
País da instituição Brasil;
Instituto/Departamento Escola Politécnica;
Idioma pt_BR;
Título L7SP: serviços para otimizar o gerenciamento e o desempenho de Blockchain Privados;
Resumo Desde o lançamento da moeda digital Bitcoin em 2009, o interesse pela tecnologia blockchain tem crescido ao longo dos anos e tem atraído muitos pesquisadores. A tecnologia surgiu inicialmente dentro da plataforma Bitcoin para suportar as operações com a moeda digital de forma descentralizada e segura, sem a necessidade de intermediários como bancos e organizações governamentais. Devido às suas características de descentralização e imutabilidade, logo foi percebido o seu potencial para outros tipos de aplicações, além dos pagamentos com moedas digitais. Apesar de mudar alguns paradigmas tecnológicos existentes e prover vários benefícios interessantes, a tecnologia blockchain também apresenta algumas limitações e desafios técnicos comparada aos sistemas centralizados, principalmente no que diz respeito a desempenho e escalabilidade. Por ser uma rede descentralizada, para validar as transações a blockchain necessita obter consenso entre os diferentes nós participantes. Esta característica é o principal ofensor, pois, os protocolos implementados para prover este processamento distribuído de forma segura afetam diretamente o desempenho do sistema. As limitações de escalabilidade e desempenho da blockchain são críticas para as plataformas públicas como o Bitcoin, mas também afetam as redes privadas, com o diferencial que estas possuem maior autonomia na configuração da solução. A blockchain privada oportuniza que empresas ou grupo de empresas utilizem a tecnologia para a validação de transações internas para diferentes tipos de aplicações. Existem diversas propostas para melhorar o desempenho do blockchain, porém estas propostas trazem uma série de mudanças de difícil implementação e que não são compatíveis com as aplicações hoje existentes. As limitações atuais impedem que a blockchain seja usado em larga escala para outros tipos de aplicações ou mesmo substitua as formas de pagamento eletrônico conhecidas atualmente, fazendo com que estudos sejam necessários para endereçar estas lacunas e evoluir a tecnologia. Considerando este cenário da necessidade em melhorar os aspectos abordados da blockchain e a oportunidade de explorar a tecnologia para outras aplicações no meio corporativo, este trabalho propõe o modelo L7SP que será acoplado à blockchain privada para prover ganho de desempenho e escalabilidade, e melhorar o gerenciamento do sistema. L7SP é uma camada intermediária que provê o empilhamento de serviços buscando maior rapidez nas validações das transações e geração dos blocos, monitoramento de desempenho e um gerenciamento de forma centralizada. O modelo proposto provê alta disponibilidade e desempenho, gerando economia de recursos, e mantendo as características de segurança e descentralização da blockchain. A viabilidade e eficácia de L7SP é demonstrada por meio de um protótipo que atua entre os nós validadores, sendo transparente para os clientes que interagem com o sistema e sem interferir na forma como a blockchain é implementada, sendo assim também compatível com as aplicações já existentes. L7SP roda na nuvem da AWS e se comunica com os demais componentes da solução utilizando os protocolos disponibilizados pelo middleware Multichain, cujos nós também rodam na nuvem. Os resultados da introdução de L7SP e seus serviços apresentaram ganhos de desempenho de 4% até 422%, quando comparado ao desempenho do Multichain em sua configuração padrão. Testes com diferentes parametrizações e cargas de trabalho demonstraram que o balanceamento de carga com estratégia Round Roubin e a utilização de compressão de dados foi a melhor combinação para se obter o ganho máximo de desempenho. A eficiente combinação desses fatores, com a introdução de novas métricas e um monitoramento do sistema mais eficiente configuram a contribuição científica deste estudo.;
Abstract Since the launch of the Bitcoin digital currency in 2009, the interest in blockchain technology has grown over the years and has attracted many researchers. The technology initially emerged within the Bitcoin platform to support operations with the digital currency in a decentralized and secure manner, without the need for intermediaries such as banks and government organizations. Due to its characteristics of decentralization and immutability, its potential was soon perceived for other application types, in addition to payments with criptocurrencies. Although changing some existing technology paradigms and providing several interesting benefits, blockchain technology also has some limitations and technical challenges compared to centralized systems, especially in terms of performance and scalability. Because it is a decentralized network, to validate transactions, blockchain needs to reach consensus among the different participating nodes. This feature is the main offender, because the protocols implemented to provide this securely distributed processing directly affect system performance. The limitations of scalability and performance of the blockchain are critical for public platforms such as Bitcoin, but also affect private networks, with the differential that they have greater autonomy in the solution setting. The private blockchain allows companies or groups of them to use the technology to validate internal transactions for different types of business applications. There are several proposals to improve the performance of the blockchain, however these proposals bring a series of changes difficult to implement and are not compatible with current applications. The current limitations prevent blockchain from being used on a large scale for other types of applications or even replace the currently known electronic payment forms, making studies necessary to address these gaps and evolve the technology. Considering this scenario of the need to improve the aspects covered by the blockchain and the opportunity to explore the technology for other applications in the corporate environment, this paper proposes the L7SP model that will be coupled to the private blockchain to provide performance and scalability gain and improve management of the system. L7SP is an intermediate layer that provides the stacking of services seeking faster transaction validation and block generation, performance monitoring and centralized management. The proposed model provides high availability and performance, generating resource savings, and maintaining the security and decentralization characteristics of the blockchain. The viability and effectiveness of L7SP is demonstrated through a prototype that acts among the validating nodes, being transparent to the clients that interact with the system and without interfering in the way the blockchain is implemented, being thus also compatible with the existing applications . L7SP runs on the AWS cloud and communicates with the other components of the solution using the protocols provided by the Multichain middleware, whose nodes also run in the cloud. The results of the introduction of L7SP and its services showed performance gains of 4 % to 422 % when compared to the performance of Multichain in its standard configuration. Tests with different parameterizations and workloads showed that load balancing with Round Roubin strategy and the use of data compression was the best combination to obtain the maximum performance gain. The efficient combination of these factors, with the introduction of new metrics and a more efficient system monitoring, configure the scientific contribution of this study.;
Palavras-chave Blockchain; Escalabilidade; Desempenho; Blockchain; Scalability; Performance;
Área(s) do conhecimento ACCNPQ::Ciências Exatas e da Terra::Ciência da Computação;
Tipo Dissertação;
Data de defesa 2019-04-02;
Agência de fomento Nenhuma;
Direitos de acesso openAccess;
URI http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/8706;
Programa Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada;


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