쿠버네티스 기반 Hyperledger Fabric 리소스 효율화시스템 설계 및 구현

Abstract

Hyperledger fabric provides blockchain platform that enables blockchain business, but companies must bear the burden of managing and operating CA nodes, peer nodes, and orderer nodes in order to participate in a blockchain network. In addition, due to the spread of container technology, most nodes run containers and increasing number of cases in which blockchain nodes are deployed and operated in kubernetes, a container orchestration tool. However, although kubernetes provided convenience for managing and operating containers, it became difficult for blockchain administrators to manage containers in detail, which caused a problem of performance degradation of blockchain nodes running on kubernetes. Basically, kubernetes can deployment and management for a large number of containers, and provides HPA(Horizontal Pod Autoscaler) and VPA(Vertical Pod Autoscaler) to improve performance. HPA is autoscaling technology that improves performance by increase the number of pods to distribute workload and VPA is a technology that allocates additional resources so that pods can handle more workloads. In this paper, we proposed a method to improve the performance of a blockchain network by utilizing resource management for hyperledger fabric containers running on kubernetes. The blockchain is impossible to improve performance by distributing the workload. The blockchain resource utilization system monitors the resource usage of containers running on kubernetes in real time and calculates the optimal value and reallocates resources. As a result, the resource utilization system shows the 43% transaction throughput higher than the control group in the same environment. The proposed system is expected to be helpful in more accurately predicting the moment of scale-up and down and amount of resource increase and decrease using artificial intelligence techniques such as reinforcement learning through future research. |Hyperledger fabric은 기업간에 블록체인을 이용하여 비즈니스를 할 수 있는 기술을 제공하였지만, 각 기업들이 블록체인 네트워크에 참여하기 위해서는 인증기관 노드, 피어노드, 오더러 노드를 관리/운영해야 하는 부담을 가지게 되었다. 또한, 최근에는 컨테이너 기술의 확산으로 인하여 모든 노드들이 컨테이너로 실행되며, 관리해야 하는 컨테이너 들의 종류와 개수가 많아져 컨테이너 오케스트레이션 도구인 쿠버네티스에서 블록체인 노드들은 배포하고 운영하는 사례가 늘어나게 되었다. 하지만 쿠버네티스는 컨테이너를 관리 및 운영하기 위한 편의성은 제공하였지만 블록체인 관리자 입장에서는 개별 컨테이너에 대한 섬세한 관리가 어렵게 되었고 이는 쿠버네티스에서 실행되는 블록체인 노드들의 성능저하라는 문제가 야기되었다. 쿠버네티스에서는 기본적으로 많은 수의 컨테이너에 대한 배포/관리 기능을 제공하며, 성능향상을 위해 Horizontal Pod Autoscaler와 Vertical Pod Autoscaler를 제공한다. Horizontal Pod Autoscaler는 워크로드가 증가하는 경우 Pod의 개수를 증가하여 워크로드의 분산을 통해 성능을 향상시키는 기술이며, Vertical Pod Autoscaler는 Pod에 리소스를 추가로 할당하여 Pod이 워크로드를 더 많이 처리할 수 있도록 하는 기술이다. 본 연구에서는 쿠버네티스 환경에서 실행되는 Hyperldger fabric 컨테이너들에 대한 리소스(CPU, 메모리)관리를 효율화하여 블록체인 네트워크의 성능을 향상시키는 방법을 제안하였다. 블록체인은 그 특성상 워크로드를 분산하는 방식으로는 성능향상이 불가능하기 때문에 블록체인 자원효율화 시스템은 쿠버네티스에서 실행되는 블록체인 컨테이너에 할당된 리소스 사용량을 실시간 모니터링하여 최적 값을 계산하여 재할당함으로써, 리소스 사용량을 효율화하여 성능을 향상시키는 방법을 사용하였다. 그 결과 자원효율화시스템을 사용한 경우 동일환경에서 대조군 대비 약 43% 높은 트랜잭션 처리량을 확인하였다. 본 연구에서 제안한 시스템은 향후 연구를 통해 강화학습 등의 인공지능 기법을 사용하여 scale-up/down에 대한 시점과 리소스 증감 값을 더욱 정확하게 예측하는데 도움이 될 것으로 기대한다.