以太坊源码探究之交易与签名

与比特币相比，以太坊中的交易结构有相当明显的不同。下面是以太坊中Transaction数据结构的UML图：

 

以太坊交易类图

右边的txdata才是实际的交易数据，它在core/types/transaction.go里是这样声明的：

type txdata struct {
    AccountNonce uint64          `json:"nonce"    gencodec:"required"`
    Price        *big.Int        `json:"gasPrice" gencodec:"required"` GasLimit uint64 `json:"gas" gencodec:"required"` Recipient *common.Address `json:"to" rlp:"nil"` // nil means contract creation Amount *big.Int `json:"value" gencodec:"required"` Payload []byte `json:"input" gencodec:"required"` // Signature values V *big.Int `json:"v" gencodec:"required"` R *big.Int `json:"r" gencodec:"required"` S *big.Int `json:"s" gencodec:"required"` // This is only used when marshaling to JSON. Hash *common.Hash `json:"hash" rlp:"-"` } 

第一个字段AccountNonce，直译就是账户随机数。它是以太坊中很小但也很重要的一个细节。以太坊为每个账户和交易都创建了一个Nonce，当从账户发起交易的时候，当前账户的Nonce值就被作为交易的Nonce。这里，如果是普通账户那么Nonce就是它发出的交易数，如果是合约账户就是从它的创建合约数。

为什么要使用这个Nonce呢？其主要目的就是为了防止重复攻击（Replay Attack）。因为交易都是需要签名的，假定没有Nonce，那么只要交易数据和发起人是确定的，签名就一定是相同的，这样攻击者就能在收到一个交易数据后，重新生成一个完全相同的交易并再次提交，比如A给B发了个交易，因为交易是有签名的，B虽然不能改动这个交易数据，但只要反复提交一模一样的交易数据，就能把A账户的所有资金都转到B手里。

当使用账户Nonce之后，每次发起一个交易，A账户的Nonce值就会增加，当B重新提交时，因为Nonce对不上了，交易就会被拒绝。这样就可以防止重复攻击。当然，事情还没有完，因为还能跨链实施攻击，直到EIP-155引入了chainID，才实现了不同链之间的交易数据不兼容。事实上，Nonce并不能真正防止重复攻击，比如A向B买东西，发起交易T1给B，紧接着又提交另一个交易T2，T2的Gas价格更高、优先级更高将被优先处理，如果恰好T2处理完成后剩余资金已经不足以支付T1，那么T1就会被拒绝。这时如果B已经把东西给了A，那A也就攻击成功了。所以说，就算交易被处理了也还要再等待一定时间，确保生成足够深度的区块，才能保证交易的不可逆。

Price指的是单位Gas的价格，所谓Gas就是交易的消耗，Price就是单位Gas要消耗多少以太币（Ether），Gas * Price就是处理交易需要消耗多少以太币，它就相当于比特币中的交易手续费。

GasLimit限定了本次交易允许消耗资源的最高上限，换句话说，以太坊中的交易不可能无限制地消耗资源，这也是以太坊的安全策略之一，防止攻击者恶意占用资源。

Recipient是交易接收者，它是common.Address指针类型，代表一个地址。这个值也可以是空的，这时在交易执行时，会通过智能合约创建一个地址来完成交易。

Amount是交易额。这个简单，不用解释。

Payload比较重要，它是一个字节数组，可以用来作为创建合约的指令数组，这时每个字节都是一个单独的指令；也可以作为数据数组，由合约指令来进行操作。合约由以太坊虚拟机（Ethereum Virtual Machine，EVM）创建并执行。

V、R、S是交易的签名数据。以太坊当中，交易经过数字签名之后，生成的signature是一个长度65的字节数组，它被截成三段，前32字节被放进R，再32字节放进S，最后1个字节放进V。那么为什么要被截成3段呢？以太坊用的是ECDSA算法，R和S就是ECSDA签名输出，V则是Recovery ID。看下面的javascript代码：

var sig = secp256k1.sign(msgHash, privateKey)
  var ret = {}
  ret.r = sig.signature.slice(0, 32) ret.s = sig.signature.slice(32, 64) ret.v = sig.recovery + 27 

 

作者：魏兆华
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