[블록체인] Hyperledger Fabric 아키텍처 분석 및 구축

1. Hyperledger 란?

기존 퍼블릭 블록체인(비트코인, 이더리움)의 확률적 합의(PoW, PoS) 모델은 포크(Fork) 발생 가능성으로 인해 기업 간 계약 및 결제 시스템에 적용하기에는 불확실성이 큰 반면, 프라이빗 블록체인 Hyperledger Fabric은 허가된 노드간의 합의를 통해 포크 없는 즉각적인 완결성을 보장합니다.

Fabric은 실행-순서화-검증(Execute-Order-Validate라)는 병렬 처리 아키텍처를 채택함으로써 병목 현상을 해결하고 처리량(Throughput)을 확보합니다.

– Execute (실행): 클라이언트가 보낸 트랜잭션을 피어(Peer)들이 시뮬레이션하고 보증(Endorsement)하는 단계
– Order (순서화): 오더러(Orderer)가 여러 트랜잭션을 모아 순서를 정하고 블록을 만드는 단계
– Validate (검증): 만들어진 블록을 모든 피어가 다시 한번 검증하고 최종적으로 원장에 기록하는 단계

2. 아키텍처 및 로직

2.1 Execute-Order-Validate 모델

Fabric의 트랜잭션 처리 방식은 다음과 같습니다. 모든 노드가 합의 후 실행하는 기존 방식(Order-Execute)과 달리, 실행(Execute) 후 순서화(Order), 그리고 검증(Validate)하는 단계를 거칩니다.

클라이언트가 트랜잭션을 제출하면 보증 피어(Endorse)들이 이를 시뮬레이션하고 서명합니다. 이후 오더러(Orderer)가 트랜잭션을 모아 블록을 생성하고, 각 피어(Peer) 에게 전달하여 검증을 수행합니다. 이 구조 덕분에 병렬 처리가 가능해져 엔터프라이즈급 성능을 확보할 수 있습니다.

오더러(Orderer)는 트랜잭션의 내용이 올바른지 여부는 검사하지 않습니다.

트랜잭션의 순서를 정하고, 블록을 생성해 네트워크에 배포하는 역할만 수행합니다.
트랜잭션의 유효성 검증은 피어(Peer) 가 담당합니다.

2.2 Kafka 제거와 Raft 합의 알고리즘

1.x 버전대에서 사용되던 Kafka/Zookeeper 기반의 Ordering Service는 운영하는데 난이도가 매우 높아 2.x 버전부터는 Raft(Etcd 기반) 알고리즘이 변경되었습니다.

Raft는 CFT(Crash Fault Tolerance)를 지원하는 합의 알고리즘입니다. 동작 원리의 핵심은 리더(Leader)와 팔로워(Follower) 모델입니다.

• Leader Election: 클러스터 내에서 하나의 리더 노드를 선출하여 모든 트랜잭션 요청을 독점적으로 받습니다.
• Log Replication: 리더는 받은 트랜잭션을 팔로워 노드들에게 전파하고, 과반수(Quorum) 이상의 노드가 데이터를 저장했다고 응답하면 해당 트랜잭션을 확정(Commit)합니다.

3. 네트워크 구축 및 배포 

Ubuntu 환경에서 Test Network를 구동하고, 체인코드를 배포하여 트랜잭션을 처리하는 상세 과정입니다.

Step 1. 환경 구성 및 바이너리 설치

Fabric 컴포넌트(Peer, Orderer, CA)는 Docker 컨테이너로 구동됩니다. 최신 버전의 Git, cURL, Docker, Go 언어 환경을 구성합니다.

sudo apt update
sudo apt install -y git curl jq docker.io docker-compose-v2 golang-go

Docker 설치 후에는 현재 사용자가 sudo 없이 Docker 명령어를 사용할 수 있도록 권한 그룹에 추가해야 합니다. 이 단계를 건너뛰면 스크립트 실행 중 권한 오류가 발생할 수 있습니다.

# 현재 사용자를 docker 그룹에 추가
sudo usermod -aG docker $USER

# 로그아웃 없이 그룹 권한 바로 적용
newgrp docker

공식 설치 스크립트(install-fabric.sh)를 통해 Fabric 바이너리와 Docker 이미지를 다운로드합니다.

# 폴더 생성 & 이동
mkdir -p ~/hyperledger-test
cd ~/hyperledger-test

# 설치 스크립트 실행
curl -sSLO https://raw.githubusercontent.com/hyperledger/fabric/main/scripts/install-fabric.sh && chmod +x install-fabric.sh
./install-fabric.sh docker samples binary

Step 2. 네트워크 구동 및 채널 생성

network.sh 스크립트는 컨테이너 오케스트레이션을 자동화해 줍니다. 아래 명령어로 노드를 구동(up)하고 기본 채널(createChannel)을 생성합니다.

# 테스트 네트워크 폴더로 이동
cd fabric-samples/test-network

# 혹시 켜져있는거 있으면 끄기 (초기화)
./network.sh down

# 1. 네트워크 켜기 + 채널(mychannel) 생성
./network.sh up createChannel -c mychannel

# 2. 체인코드(basic) 배포 (Go 언어 버전)
./network.sh deployCC -ccn basic -ccp ../asset-transfer-basic/chaincode-go -ccl go

Step 3. 체인코드 배포 (Lifecycle)

Fabric 2.x의 핵심인 Chaincode Lifecycle을 수행합니다. deployCC 명령을 통해 [패키징 → 설치 → 승인(Approve) → 커밋(Commit)]의 4단계 합의 과정이 자동으로 진행됩니다.

./network.sh deployCC -ccn basic -ccp ../asset-transfer-basic/chaincode-go -ccl go

// Go Lang 체인코드 예시: PutState로 원장에 기록
func (s *SmartContract) CreateAsset(ctx contractapi.TransactionContextInterface, id string, val string) error {
    asset := Asset{ID: id, Value: val}
    assetJSON, _ := json.Marshal(asset)
    return ctx.GetStub().PutState(id, assetJSON)
}

Step 4. 트랜잭션 실행 (Invoke & Query)

Peer CLI를 사용하기 위해 환경 변수(MSP ID, 인증서 경로, 주소)를 설정합니다. 이 작업이 선행되어야 CLI가 올바른 피어를 타겟팅할 수 있습니다.

# 1. Org1 관리자 권한으로 환경변수 설정
export PATH=${PWD}/../bin:$PATH
export FABRIC_CFG_PATH=$PWD/../config/
export CORE_PEER_TLS_ENABLED=true
export CORE_PEER_LOCALMSPID="Org1MSP"
export CORE_PEER_TLS_ROOTCERT_FILE=${PWD}/organizations/peerOrganizations/org1.example.com/peers/peer0.org1.example.com/tls/ca.crt
export CORE_PEER_MSPCONFIGPATH=${PWD}/organizations/peerOrganizations/org1.example.com/users/Admin@org1.example.com/msp
export CORE_PEER_ADDRESS=localhost:7051

# 2. 앵커 피어 업데이트 스크립트 실행 (내부적으로 configtxlator가 동작함)
./scripts/setAnchorPeer.sh Org1MSP mychannel

1. 자산 생성 (Invoke)
peer chaincode invoke 명령으로 트랜잭션을 발생시킵니다. status:200 응답은 피어의 보증과 오더러의 합의가 정상적으로 완료되었음을 의미합니다.

장부에 “smile” 내용 삽입 (Create) 
ID: smile, 색깔: Green, 주인: Me

2. 자산 조회 (Query)
peer chaincode query 명령으로 원장 데이터를 조회합니다. 합의 과정 없이 로컬 상태 DB를 읽어오므로 결과가 즉시 반환됩니다.

peer chaincode query -C mychannel -n basic -c '{"function":"ReadAsset","Args":["smile"]}'

간단 용어정리 

• Peer: 블록체인 네트워크의 워커 노드 (실제 DB 및 체인코드 컨테이너 호스팅)
• Orderer: 트랜잭션 순서를 확정하고 블록을 생성하는 노드 (Raft 클러스터)
• Channel: 데이터 격리를 위한 논리적 서브넷 (파티션 개념)
• Chaincode: 원장 상태를 제어하는 비즈니스 로직 (Smart Contract / Serverless Function)
• MSP (Membership Service Provider): PKI 기반의 신원 인증 및 접근 제어 시스템