【以太坊】Ethereum交易过程及ethereumjs-tx的应用

关于Ethereum交易是如何从生成并在网络中广播的，如下总结七个步骤：

一、构建原始交易对象

如下为原始交易对象字段，并对各字段进行展开说明

var rawTx = {
  nonce: '0x00',
  gasPrice: '0x09184e72a000', 
  gasLimit: '0x2710',
  to: '0x0000000000000000000000000000000000000000', 
  value: '0x00', 
  data: '0x7f7465737432000000000000000000000000000000000000000000000000000000600057'
}

nonce: 记录发起交易的账户已执行交易总数。Nonce的值随着每个新交易的执行不断增加，这能让网络了解执行交易需要遵循的顺序，并且作为交易的重放保护。

gasPrice:该交易每单位gas的价格，Gas价格目前以Gwei为单位（即10^9wei），其范围是大于0.1Gwei，可进行灵活设置。

gasLimit:该交易支付的最高gas上限。该上限能确保在出现交易执行问题（比如陷入无限循环）之时，交易账户不会耗尽所有资金。一旦交易执行完毕，剩余所有gas会返还至交易账户。

to：该交易被送往的地址（调用的合约地址或转账对方的账户地址）。
value：交易发送的以太币总量。

data: 若该交易是以太币交易，则data为空；若是部署合约，则data为合约的bytecode；若是合约调用，则需要从合约ABI中获取函数签名，并取函数签名hash值前4字节与所有参数的编码方式值进行拼接而成，具体参见文章https://github.com/linjie-1/guigulive-operation/wiki/Ethereum%E7%9A%84%E5%90%88%E7%BA%A6ABI%E6%8B%93%E5%B1%95

二、签署交易

需要使用交易账户的私钥对原始交易对象进行签名，下面介绍使用MetaMask以及硬编码两种方式：

MetaMask：私钥只会存储在你的浏览器上，因此你是唯一有权访问你的账户和私钥的人。当你在浏览器上执行交易之时，插件会将你的函数调用转化成原始交易，并用你的私钥签署交易。 Metamask运行Infura运营的节点，并且使用这些节点来广播交易。

硬编码：如下使用了ethereumjs-tx库对交易进行签名，当然硬编码私钥的方式签名交易，不实用，但可以使用一台没有联网的计算机签署该交易。之后，可以复制已签署交易串，并使用联网的计算机将其广播至网络。另一个安全之策是使用 Ledger 或 Trezor 等硬件钱包。这类钱包存储了私钥，而签署交易的私钥已经编程进了硬件本身。它们需要联网的原因只是为了发布你的已签署交易。

var Tx = require('ethereumjs-tx');
var privateKey = "私钥";

var tx = new Tx(rawTx);
tx.sign(privateKey);

var serializedTx = tx.serialize();

web3.eth.sendRawTransaction(serializedTx.toString('hex'), function(err, hash) {
  doSomething()
});

三、节点验证

签署过后的交易会提交至以太坊节点。然后节点会验证已签名的交易，确保它是由交易账户签署过的。

四、交易广播

节点验证通过后，会被广播至其对等节点，这些对等节点再将该交易广播给它们的对等节点，以此类推。一旦交易被广播至网络，会输出该交易的id，可以用它来追踪交易的状态。

五、矿工节点接受交易

矿工节点的职责是将交易打包到区块上。矿工是交易池的维护者，交易先是被添加进交易池，再由矿工进行评估选择来打包。矿工一般将所有交易存储在根据gasPrice价格分类的池中。价格越高，该交易就越有可能被添加进下一个区块。这是矿工节点的常见设定。并且矿池可以容纳的交易数是有限的，gasPrice价格低的交易可能会被放弃。

对于释放阻塞在矿池中交易的方法是提高其gasPrice价格，并维持nonce值和from值不变，nonce和from可以确定标识一笔交易，并且提高的gasPrice必须大于原来价格的10%才可以。这样一来，当矿工接收到新交易时，价格更高的新交易会覆盖之前的交易，使得矿工更容易选择并挖中。

对于如何设置合理的gasPrice，可以参照网站https://ethgasstation.info/

六、矿工节点挖中有效区块并将它广播至网络

矿工将选中的全部交易一起包含进区块。矿工只能选择一定量的交易添加进区块，受限于以太坊设置的单个区块gasLimit，换言之，交易的所有gas总数不能超过区块的gasLimit。

一旦矿工选择将交易包含进区块，这些交易将被验证并包含进一个待处理区块，工作量证明开始。某个矿工节点最终会找到一个有效的区块，并将这一区块添加到区块链上。就像上面介绍的节点广播原始交易一样，矿工节点也会将这一有效区块广播给其他节点。

七、节点接收/同步新区块

最终，全网节点将接收这个新区块，并同步区块链。一旦接收到这个新区块，节点就会执行区块里的所有交易。结合我们使用的truffle调用合约代码， truffle会不断测验连接节点的区块链以求确认。一旦它发现交易被确认，就会执行 then()中的回调逻辑。

参考阅读
https://hudsonjameson.com/2017-06-27-accounts-transactions-gas-ethereum/

http://ethfans.org/posts/life-cycle-of-an-ethereum-transaction

https://medium.com/@jgm.orinoco/releasing-stuck-ethereum-transactions-1390149f297d

https://github.com/linjie-1/guigulive-operation/wiki/Ethereum%E4%BA%A4%E6%98%93%E8%AF%A6%E8%A7%A3

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博主看到很多智能合约中有引入：ethereumjs-tx这么个东西，只知道是和签名相关的，但是在网上却找不到具体的定义。果然最后还得依靠google才知道，原来它是利用私钥进行签名的库。当我们通过web3.js的sendRawTransaction方法发起交易的时候，必须要用它来签名。

//安装
npm install ethereumjs-tx
//引入
var Tx = require('ethereumjs-tx');

补充：
第一条构建原始交易对象中的data：

其中data，若该交易是以太币交易，则data为空；若是部署合约，则data为合约的bytecode；如果是合约调用或者对函数调用，即是对函数签名以及参数编码的二进制字段。

一个函数调用data的前四个字节数据指定了要调用的函数签名。计算方式是使用函数签名的keccak256（即sha3）的哈希，并取4个字节。写法bytes4(keccak256(“foo()”))需要注意的是，如果有多个参数使用,隔开，要去掉表达式中的所有空格。

示例：
这里写图片描述

这里大家就能看到，当在调用合约中的函数的时候，必须要取前四个字节。以前看这段代码不太懂这句话是什么意思，现在才算是懂了。

end