企业以太坊（Enterprise Ethereum）解决了什么问题？

掘金K • 1 6 月, 2022 3:44 下午 • 7×24快讯

现今我们一般认知的区块链技术，也就是公有链（Public Chain），首先起源于骇客圈，其强调的是去中心化的治理与无需许可的参与，以太坊便是箇中代表。尽管这些技术是完全开源的，企业若想直接应用这些成果，则会碰到一些问题：

公有链上的身份识别仅能透过公私钥，是半匿名的，缺乏联盟治理机制，企业若发生问题无法归责
公有链的资料储存在任意的外部节点，企业之间若涉及商业机密会缺乏隐私
公有链的交易手续费基于市场机制，企业难以预估成本

企业应用区块链的首要考量就是「提升效率、降低成本」，当碰到上述这些问题时，企业便无法保证这一点。因此，专属企业的区块链：「联盟链」应运而生。以太坊是目前汇聚最多开发者投入的公有链，因此它的企业化也标志了一个里程碑。

在这篇文章中，我们将回答以下问题：

企业以太坊（Enterprise Ethereum）解决了什么问题？
企业以太坊联盟（EEA）在做什么？
企业以太坊有哪些规格？有哪些技术特点？

企业以太坊联盟（EEA）在做什么？

顾名思义，企业以太坊联盟（EEA）是在企业界推动区块链的一个「联盟」，它成立于2017，是一个由成员主导的行业组织（Industry Organization），其目标是推动以太坊于企业间的开放标准，以促进所有企业在同一套标准体系下运用该技术。

具体来说，EEA 在做的事情有：

提供开放并基于标准的架构与规格文件
创建企业以太坊客户端规范以及测试和认证计划

EEA 的成员包含知名企业如Microsoft/Intel/Fedex、区块链新创如Consensys/Chainlink、金融业如JP Morgan Chase，还有其他数十个来自不同产业的企业，这里就不一一列举。

在阅读这篇文章之前，你可能还没听过EEA ，但是知道其他两个联盟：

Linux基金会底下的Hyperledger
由R3这间公司建构的R3生态系

这些联盟之间并非只存在竞争关系，它们彼此也会互相合作，例如：Hyperledger 本身是EEA 成员之一，而EEA 和R3 也都加入了Hyperledger 。

企业以太坊：它跟以太坊哪里不一样？

EEA为企业以太坊提供了标准化的规格，依照规格实作的客户端（Client）即为企业以太坊（Enterprise Ethreum, EE）。这些客户端可以由不同团队开发，简单来说就是「一个标准，各自实作」，这一点与以太坊也是如出一辙，例如以太坊2.0就有多达7种不同的客户端！

这里列出两个比较知名的EE：

Quorum，由JP Morgan开发
Besu，由PegaSys开发

BSOS 同时也是Quorum 在台湾唯一的技术大使

企业以太坊的技术架构

那么EE 跟以太坊到底哪里不一样呢？EEA 把区块链整个架构略分为5 个抽象层（Layer），我们就来看看EEA 在每个层次分别多做了哪些事情：

应用层（Application）：应用层是整个区块链架构的最顶层，也是一般使用者与区块链互动的介面（Interface），例如各种钱包（Wallet）、区块链浏览器（Blockchain Explorer）、以及如ERC20 / ERC721等等代币标准。
工具层（Tooling）：工具层是开发工具的组合，开发者可以基于工具层搭建去中心化应用程式（DApp），EE沿用了大部分以太坊现有的开发工具，能带给开发者良好的开发体验。例如：私钥管理、部署整合程式库与JSON-RPC。
企业PPP层（Privacy/Permission/Performance）：企业PPP层定义了隐私（Privacy）、权限（Permission）以及效能（Performance）这三个目前公链普遍缺乏的要素。EE的主要功能便是针对企业PPP层进行扩充，这些规格也是EE的价值之所在，详细规格笔者将于下文详述。
核心层（Core Blockchain）：核心层大致上涵盖了广义的「区块链」技术，例如智能合约、资料储存与共识等等。核心层也是以太坊2.0主要改进的对象。EE沿用了以太坊的资料储存与智能合约引擎，并且需实作Clique —一种权威证明（Proof of Authority）的共识机制。除了Clique，各家客户端也可以实作共识机制，以因应实务上对于安全和效率不同的要求，例如IBFT / RAFT，笔者会在下文详细说明Clique的原理与细节。
网络层（Network）：网络层对应了区块链的底层网络，EE也承接了以太坊的网络协定，例如devp2p。整个区块链其实是覆盖于TCP/IP协定之上的对等网络，如果想知道关于区块链网络层的详细说明可以参考这篇文章。

企业以太坊的软件架构

在软件架构方面，EE 可以视为以太坊的「扩充」，它于既有以太坊客户端之上增添了以下两个组件：

企业以太坊扩充（Enterprise Ethereum Extension）：实作企业所需的联盟治理与其他模组。
私密交易管理者（Private Transaction Manager）：实作企业所需的数据交换隐私。

接下来我们就深入看看EEA 对于企业PPP 层中的权限（Permission）与隐私（Privacy）的具体规格，以及核心层中Clique 的运作机制。

企业以太坊的规格

权限（Permission）

权限简单来说指的是两件事：「谁可以跟我连线」以及「谁可以发出交易」。具体来说，EEA支持以下不同层级的权限控管。

例如，在网络（Network）层级，节点可以：

启动时只跟某些节点连线
开启/关闭节点探索（Node Discovery）
设定连线的白名单（Whitelist）

而在帐号（Account）层级，每个帐号可以：

创建组织（Organization）与次组织（Sub-organization），并支持巢状组织
依照不同的角色（Role）给予不同权限

为了提供开发者最大的弹性及最好的开发体验，EE的设计哲学是：使用智能合约实现权限控管，这些合约也称为权限合约（Permissioning Contract），并且在权限合约中可以使用基于角色的存取控制（Role-based Access Control, RBAC)。

EEA制定了利用智能合约实作网络层与链层权限管理的介面（Interface），例如：权限合约必须实作connectionAllowed方法以支持网络层的权限控管，以及实作transactionAllowed方法以支持链层的权限控管。

Uniswap怎么空投UNI的？

Uniswap在前几天推出了治理代币：不过跟过去很多专案会采用的空投方法：『把代币直接转到帐号』的方式不一样，你需要去『领取』。他也不是直接把所有人（25万个地址）可领取的

Quorum Permissioning Contract

相关作法可见于Quorum的实作，这里列出的数个合约共同协作实现了权限控管。

隐私（Privacy）

隐私就是「我知道你是谁，但是我不知道你在做什么」。隐私可以略分为链上与链下：

链上（On-chain）：透过零知识证明（Zero-knowledge Proof, ZKP）保护交易资料与区块资料。
链下（Off-chain）: 让私密交易的各方组成另一个覆盖网络传送资料或者使用可信计算（Trusted Computing）。

虽然隐私性是区块链的其中一个大难题，但近期以太坊社群中也有愈来愈多支持隐私的提案出现，例如Tornado Cash与Semaphore。

EEA 规范了两种私密交易：

受限的私密交易（Restricted Private Transaction）：只有交易各方才能传送/解密交易密文。
不受限的私密交易（Unrestricted Private Transaction）：所有节点都能传送交易密文，但只有交易各方能解密交易密文。

EEA 虽然没有明确规范这一块的实作方式，但交易各方另组覆盖网络是比较常见的做法，例如：Alice 跟Bob 可以在另一个网络中进行Charlie 无法解密的私密交易，这里「另一个网络」的意思就是「不透过区块链网络传送资料」，也就是符合「链下」的定义。

Quorum Private Transaction Flow

类似作法可见于Quorum的实作：在发出交易时，A发起的交易T1会经由A节点的TxMgr加密，这个交易密文会透过「另一个网络」传送给B节点的TxMgr，而交易杂凑值（Transaction Hash）T1_hash则会透过区块链网络广播出去。所有节点在收到T1_hash后会检查这个交易是否为私密交易，以及这个交易自己是否能解开，而只有A/B才能解开交易密文。

企业以太坊的共识机制（Consensus）

区块链的共识机制可以略分成两种：可以是「从乐透机里面抽号码球」或者「投票表决」。主流公有链采取的工作证明（Proof of Work, PoW）就好比是「从乐透机里面抽号码球」，是一个完全奠基于机率的赛局。但正是如此简单暴力的解决方案造就了加密货币数千亿美元的市值！如果想了解更多关于共识机制运作原理的话可以参考这里。

然而，工作证明只能在算力接近上限的条件下保有「安全性」（Safety）与「活跃性」（Liveness）。在算力不足的场景，例如公有链的测试网（Testnet），很容易沦为骇客攻击的目标。为了解决这个问题，以太坊核心团队提出了「权威证明」（Proof of Authority, PoA）以作为测试网的共识机制，这个实作也被称为Clique，是EE必须内建的共识机制。

Clique Message Flow

Clique可视为「有限个出块节点的中本共识」（Nakamoto Consensus），它最大的特色是：在不修改现有的资料格式之下，重新利用（Re-purpose）区块标头（Block Header）的各个栏位。

Clique的运作方式如下：首先，各节点需维护一份权威清单（Authorization List），这份清单内载明了N个具有出块权力的「签名节点」（Singer），且各签名节点需「轮替」出块，并且都有一个最适合出块的高度。如果签名节点出块的高度正好吻合它最适合的高度，那这个区块就会具有较高的难度值；反之难度值则较低— 也就是说，这里的「难度」不像工作证明是透过算力决定的，而是透过在「权威」清单里的顺序决定，因此可以大幅提升共识形成的效率。

同时，为了不让所有签名节点每个高度都「同时出块」使网络壅塞，出块后的节点只能在经过N/2+1 个区块后才能再度出块。

接下来各节点收到区块时，会做三件事：

验证区块标头
检查签名节点是否在权威清单中
比较难度值，选择难度值最大的区块

另一个Clique的特色是：签名节点可以透过「投票」更新权威清单：

出块时可以「投一票」给一个新节点
各签名节点收到区块时计算票数，超过N/2 票的新节点则可加入权威清单中，成为新的签名节点

在正确性分析方面，由于Clique 的本质还是中本共识，因此它没有即时敲定性（Instant Finality），还是有一定机率发生分岔（Fork）；并且由于签名节点只能每N/2+1 个区块出一次块，若有N/2 个签名节点离线，或者恶意不出块，则其他签名节点也无法出块，整个区块链会陷入停摆的状况。

Clique所具有的「轮替」以及「投票」的特性，很符合企业应用的场景，也使得它适合作为企业以太坊的共识机制。由于Clique是以太坊原生就有的实作，因此所有EE可以直接使用Clique。值得一提的是：除了Clique之外，大部分EE都还会支持其他共识机制，例如IBFT / RAFT等等。IBFT可以视为结合PBFT与Clique的共识机制：各节点透过类似Clique的投票机制维护验证节点（Validator）清单，而这些验证节点则轮流出块并使用PBFT达成共识与出块节点的轮替。关于PBFT详细说明可以参考这篇文章。

企业以太坊vs Hyperledger Fabric

EE与Hyperledger Fabric这两者经常被开发者或媒体拿来比较，他们在许多方面都有或大或小的差异，例如：它们有不同的智能合约管理模式、不同的分散式计算模型，并支持不同的椭圆曲线（ECC）。更详细的技术比较就留待日后详述，不过这边笔者想举出一个他们在设计哲学上的差异：Hyperledger Fabric使用凭证机构（Certificate Authority, CA）管理身份，并设计了一个称为「会员服务提供者」（Membership Service Provider, MSP）的组件搭配CA控管权限，整体来说比较中心化；EE则沿袭区块链原生的公私钥对，具有整合去中心化身份（DID）的发展潜力，并可利用智能合约实现权限控管，比较贴近原生区块链「去中心化」的设计。

除了设计哲学的差异，另一个笔者认为的较大差别是：EEA奠基于目前世界最活跃的区块链开发者社群：以太坊社群。目前已有超过1000个开发者贡献在各项EE专案之上！在这个软件都是开源的时代，复制程式码也只是弹指间的事，但唯有「人」才有赋予技术长期发展的能量。