区块链的触发器--交易

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1. 什么是交易

交易是由外部系统账户对区块链系统发起的经过签名的消息。

外部账户：拥有私钥的账户，控制合约的访问（比如发起交易）；私钥用于对交易进行签名
合约账户：智能合约部署后的地址；没有私钥

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2. 交易的作用

  • 触发区块链状态改变（管理资产，价值转移）
  • 触发 EVM 上的合约执行；

交易的生命周期：

构建交易
私钥签名
网络传输到多个节点
通过共识机制打包到区块
执行交易（节点执行交易相关智能合约代码，修改区块链状态，存储新区块状态）
交易确认
生成交易回执（receipt），和交易一起保存在区块中（结果码，日志，消耗的 gas 量）

transaction-lifetime

”只读”交易用于读取链上数据，节点收到请求后会根据请求的参数访问状态信息并返回，并不会将请求加入共识流程，也不会导致修改链上的数据。

3. 交易的结构

交易的本质是一串打包在一起的二进制数据。

下表是某公链的交易结构：

字段 描述
nonce 由始发EOA（外部所有账户）发出的序列号，
用于防止消息重播（交易的重放攻击）。
gas price 发起人愿意支付的gas价格（以wei为单位）。
gas limit 发起人愿意支付的最大gas量。
to 目标区块链中账户地址。
value 发送到目标地址的资产数量。
data 附在交易中的变长二进制数据。
v,r,s 始发EOA的ECDSA签名的三个组成部分。

备注：

EOA 表示外部账户；
交易消息的结构使用递归长度前缀（RLP）编码方案；
交易结构并不包含 EOA 的地址的 “from” 字段，EOA 的公钥通过 ECDSA 签名的 v,r,s 计算得出；
不同的联盟链对数据结构有相应的扩充；比如：FISCO-BCOS 交易的数据结构和编码协议；

3.1. RLP 编码方案

RLP（Recursive Length Prefix），递归长度前缀编码：

  • 主要用于数据的网络传输和持久化存储；
  • 不包含任何字段的标识符或者标签；
  • 使用长度偏移量来表示每个字段的长度；

参考文档：

4. 交易的随机数（nonce）

nonce 是一个数值，等于这个地址发出的交易数量，当这个地址与合约关联时，是这个地址所创建的合约数量。

特点：

  • 发起方地址的一个属性，只在发送地址的上下文中才有意义；
  • 没有作为账户状态的一部分，显示的保存在区块链上，而是通过计算发送方地址已经确认的交易数量而动态计算；

作用：

  • 创建顺序交易，去中心化系统中，保证节点按照一定的顺序（nonce 的值大小）先后处理交易；
  • 交易重复保护，防止原始交易被”复制“后重复发起；

4.1. nonce 间隔

区块链网络是根据 nonce 数值的顺序处理交易，如果发出了一个 nonce = 0 的交易，接下来发起一个 nonce = 2 的交易（缺少了 nonce = 1 的交易），那么第二个交易不会被确认，会一直存在待确认交易内存池中，区块链网络会一直等待 nonce = 1 的交易出现。所有节点都认为 nonce = 1 的交易因为网络延迟问题还没有传输过来，而 nonce = 2 的交易先到。

4.2. nonce 确认

由于区块链网络处理交易是根据 nonce 的数值顺序来处理，所以，一旦中间某个交易没有被“确认”（成功处理），那么之后所有的交易都会被“卡”住，会一直等待没有被确认的交易。

交易可以在 nonce 序列中产生无意的“间隙”，比如因为它无效或 gas 不足。为了让交易能够被继续处理，你必须使用缺失的 nonce 值创建一笔有效的交易。一旦这笔确实的交易被确认后，后续的交易都会被广播，逐渐变得有效；而且无法“撤回”任何交易。

4.3. nonce 重复

如果发出两个相同的 nonce 的交易，但是接受地址，或者交易金额不同，那么只有其中的一笔交易会被确认，另一个会被拒绝。最先到达区块链网络中确认节点的那个交易会被确认（随机）

5. 交易 gas（了解 BSN 最终的计费方案？）

gas 是区块链网络中的计量单位，表示在区块链上执行具体的操作所消耗的计算量和存储资源。

特点：

  • 独立的虚拟货币；

目的：

  • 控制交易对资源的使用，防止虚拟机内恶意代码死循环；
  • 避免拒绝服务攻击；
  • 防止交易的过度消耗；
  • 使用 gas 来表示对资源的消耗，不牵扯到具体的虚拟币，可以让物理资源不受虚拟币价格的波动而受到影响。

gasPrice：

  • gasPrice 从字面上来看，表示 gas 的价格，表示在发起交易时，发起方愿意为每单位 gas 支付多少的 代币数量。因此，gas 的单位为：wei/gas；
  • gasPrice 最低可接受的值是 0；
  • gasPrice 越高，交易被确认的速度越快；

gasLimit：

  • gasLimit 表示发起方为了完成交易所愿意支付的最大 gas 数量；

gasUsed：

  • gasUsed 是交易中消耗的总共的 gas；
  • 交易的总费用 = gasUsed * gasPrice <= gasLimit；

6. 交易的接收方（to）

to 是一个 20 字节的区块链账户地址，有两种：

  • 外部账户地址：资产转移；
  • 合约地址：调用合约方法；

提示：

  • 区块链不会验证接收方的地址正确性。

7. 交易中的 value 和 data

交易数据包的核心是两个字段：value 和 data。

交易中 value 和 data 的情况：

  • 同时包括 value 和 data：
  • 只有 value：支付操作；
  • 只有 data：合约调用；
  • 既没有 value 也没有 data：没有意义，浪费 gas；

8. 特殊交易-合约创建

合约创建交易的目的地址是一个特殊地址–零地址（0x0），data 字段中包含经过编译的合约字节码，目的是把合约注册到区块链网络上。同事，如果 value 字段中包括了代币，表示为合约设置起始余额。

9. 交易签名

交易签名的流程：

  • 创建一个包含九个字段的交易数据结构：nonce，gasPrice，startGas，to，value，data，v，r，s；
  • 生成交易的RLP编码的序列化消息；
  • 计算此序列化消息的Keccak256哈希；
  • 计算ECDSA签名，用发起EOA的私钥签名散列；
  • 在交易中插入ECDSA签名计算出的 r 和 s 值；

提示：

  • v 表示链标识符 chainId。
  • “简单重放攻击保护”的 EIP-155 标准。通过在交易结构中加入一个 v 变量（chainId，不同的网络 chainId 有不同的值，比如 区块链网络 A 是 1， 区块链网络 B 是 61 等等）来实现。确保在一个区块链网络（如区块链网络 A）上创建的交易在其它的区块链（如区块链网络 B 或者 区块链 测试网）上是不合法的。所以，在一个网络广播的交易，不能被重放到另一个网络，这就是所谓的重放攻击保护。

10. 离线签名

离线签名是指将交易的签名和交易的广播分开处理，将交易的签名放在一个不连外网的环境中。等交易签名后，再将签名后的交易放入到联网的网络中进行广播。

目的：

  • 保护私钥的安全；

11. 总结

区块链的本质就是一个不可篡改的分布式账本，而账本是由一个个区块组成，每个区块通过引入前一个区块的 hash 值，形成一个链状结构的数据。每一个区块，包含了区块头和区块体，区块体由一笔笔交易和相关的回执信息组成。所以，交易作为区块链数据存储的最基本的单位，在区块链中扮演重重要的角色。

同时，交易也是区块链网络系统进行每项活动的起点，是区块链网络中的“输入”窗口，可以触发虚拟机执行合约，价值转换等操作，用于修改区块链的状态。

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