以太坊交易的生命週期

瞭解以太坊交易是如何生成並在網路中廣播的

交易是以太坊（或任何類似的區塊鏈）的核心。在與以太坊區塊鏈進行互動之時，你是在執行交易並更新其狀態。你有沒有想過要了解當你在以太坊執行交易之時到底發生了什麼？讓我們透過一則交易例子來解答這一問題。本文包括如下內容。

1.以太坊交易的端到端遍歷，即從你的瀏覽器/控制檯出發進入以太坊網路，然後再回到你的瀏覽器/控制

2.瞭解當你使用 Metamask 或 Myetherwallet 等外掛，而非執行自己的節點之時，交易是如何進行的

3.如果你比較偏執多疑，不信任任何外掛，想自己執行交易，該怎麼做？

本文讀者需要對以太坊及其組成部分，如賬戶、gas 和合約等具備基礎性瞭解。關於這些概念的詳細解釋可以參見這篇文章。如果你是一個不熟悉以太坊的開發者，這篇文章或許對你很有幫助。你也可以從這篇文章中學習如何構建簡單的分散式應用。如果你已經有過執行交易的親身經歷，本文對你的意義會更大。例如，可以是將一些以太幣傳送給另一個人或合約的交易。再比如，還可以是在與分散式應用進行互動的情況下，如果你在這個網站上買了一些代幣，這就是一筆交易。如果你為一位候選人投票，這也是一筆交易。

一. 以太坊交易的端到端綜述

讓我們以下列合約呼叫為例，並遍歷該函式呼叫/交易是如何執行及永久儲存在區塊鏈上的整體流程。點選此處可瞭解整個合約。從較高層次來說，這是一個投票合約，其中你可以預置一些候選人在選舉中進行角逐，任何人都能為他們投票。這些投票將會記錄在區塊鏈上。

假設你在自己的計算機上本地執行了一個以太坊客戶端（Geth 或 Parity），你的計算機連線到了某個以太坊網路（測試網路或是主網），你有權訪問該合約地址和 ABI，從而執行該交易。

如果你構建過分散式應用，應該對上述程式碼並不陌生。這是一個名為“Voting（投票）”的合約，已經部署在了區塊鏈上。我們以該合約為例，執行一個叫作 voteForCandidate 的函式，輸入候選人的姓名、該交易的gas上限和執行該交易的賬戶。從名稱中可以看出，該函式能夠用來為候選人投票，選票記錄在區塊鏈上。在下文，我們將嘗試解構該呼叫，瞭解你在執行該 javascript 函式時會發生的一切。

1.構建原始交易物件

如下圖所示，voteForCandidate 函式呼叫首先被轉化成了原始交易（rawTxn）。Web3js庫被用來構建原始交易物件。

讓我們試著瞭解下該原始交易物件中的所有欄位，以及它們是如何設定的。

nonce（隨機數）：每個以太坊賬戶都有一個叫做 nonce 的欄位，來記錄該賬戶已執行的交易總數。Nonce 的值隨著每個新交易的執行不斷增加，這能讓網路瞭解執行交易需要遵循的順序。Nonce 也被用來進行重放保護。

gasPrice（gas價格）：即你願為該交易支付的每單位 gas 的價格。如果你正在主網上執行交易，ETH Gas Station上正好有一個網站，你可以參照其建議為你的交易設定 gas 價格，以便交易在一定時間內成功執行。Gas 價格目前以 GWei 為單位，其範圍是0.1->100+Gwei。下文會進一步介紹 gas 價格及其影響。

gasLimit（gas上限）：即你願為該交易支付的最高 gas 總額。該上限能確保在出現交易執行問題（比如陷入無限迴圈）之時，你的賬戶不會耗盡所有資金。一旦交易執行完畢，剩餘所有 gas 會返還至你的賬戶。

to：即該函式呼叫被送往的地址。0x633296baebc20f33ac2e1c1b105d7cd1f6a0718b 是我們的案例中投票合約的地址。

Value（值）：即你打算髮送的以太幣總量。當我們執行voteForCandidate函式時，我們根本沒有傳送以太幣，因此 value 為零。如果你要執行一個交易，向另一個人或合約傳送以太幣，你會需要設定 value 值。

data（資料）：讓我們來看看data欄位是如何計算出來的。

你先從 voteForCandidate(bytes32 candidate)（32位元組的候選人）的 ABI 中獲取函式簽名，並得出它的雜湊值。

2.簽署交易

如果你記得的話，你使用了web3.eth.accounts[0]來執行該交易。以太坊網路需要知道你確實是該賬戶的所有者，從而確保其他人不能以你的名義執行該交易。要向網路證明這點的方法是使用該賬戶的相應私鑰簽署交易。簽署過後的交易如下圖所示：

如果你是在公共的以太坊網路上執行該交易的話，追蹤你的交易狀態的最佳方式是透過etherscan.io。如上圖所示，你是否注意到了有幾個節點被標記為 Etherscan 節點。Etherscan 的團隊執行了幾個節點，並將一個很棒的前端網路應用連線到了 Etherscan上。如果你的交易被他們的節點選中，你可以在他們的網站上檢視自己的待定交易。

還要記住的一點是，並非所有節點都會接受你的交易。其中一些節點可能被設定成了只接受 gas 價格超過某一最低值的交易。如果你設定的 gas 價格低於該下限，則節點會忽略你的交易。

5.礦工節點接受交易

正如圖中所示，以太坊網路同時擁有礦工節點和非礦工節點。可能你也知道，礦工的職責是將你的交易包含到區塊上。礦工是交易池的維護者，你的交易先是被新增進交易池，再由礦工進行開始評估。

從上圖中你會注意到礦工將所有交易儲存在根據 gas 價格分類的池中。gas 價格越高，該交易就越有可能被新增進下一個區塊。這是礦工節點的常見設定（為得到更高的報酬進行最佳化）。不過，礦工可以將自己的節點設定成根據自己的喜好對交易進行分類（例如，他們為了幫助網路只挖掘gas價格低的交易）。

從上圖中，你看出我們的 voteForCandidate 交易是如何沉入礦池底端的嗎？一旦所有gas價格高的交易都被挖出來包含進區塊之後，礦工將挖掘我們的交易。

還有要注意的一點是，礦池可以容納的交易數是有限的。比如，一場眾籌正在火熱進行中或是一個非常流行的分散式應用（如加密貓）橫空出世。人們提交了 gas 價格高的交易，希望礦工能最先選中他們的交易。如果 gas 價格高的交易填滿了礦池，gas 價格低的交易就會被放棄。我們的候選人 Nick 在一段時間內就別想收到任何選票了。在這種情況下，我們甚至得重新廣播我們的交易。

另一個能讓你的交易在礦池裡上升的技巧是重新提交你的交易，提高 gas 價格並維持 nonce 值不變。這樣一來，當礦工接收到新交易時，gas 價格更高的新交易會覆蓋之前的交易。如果改變了 nonce 值，重新提交的交易就會被認為是不同的交易（最後會為Nick舉行兩次投票）。這裡推薦一篇很好的文章（編者注：中譯本見文末《科普 | 釋放阻塞的以太坊交易》超連結），作者Jim McDonald 對此做出了深入的解釋。

6.礦工節點找到一個有效區塊並將它廣播至網路

礦工最後選中了我們的交易，與其他交易一起包含進區塊。礦工只能選擇一定量的交易新增進區塊，因為以太坊已經設定了單個區塊 gas 上限，換言之，交易的所有 gas 上限總數不能超過區塊 gas 上限。你可以在 ethstats.net 上檢視當前 gas 上限。

一旦礦工選擇將交易包含進區塊，這些交易將被驗證幷包含進一個待處理區塊，工作量證明開始。某個礦工節點（透過解決工作量證明難題）最終會找到一個有效的區塊，並將這一區塊新增到區塊鏈上。就像經由你的本地節點廣播的原始交易會被其他節點接收那樣，礦工節點也會將這一有效區塊廣播給其他節點。

7.本地節點接收/同步新區塊

最終，你的本地節點將接收這個新區塊，並同步區塊鏈在本地的副本。一旦接收到這個新區塊，本地節點就會執行區塊裡的所有交易。

如果你使用 truffle 執行你的交易， truffle 會不斷測驗區塊鏈以求確認。一旦它發現交易被確認，就會執行 then() 區塊中的程式碼，並列印（我們每個例子的）控制檯日誌函式。

如果你安裝了 MetaMask 瀏覽器外掛，你就能在你的瀏覽器中管理你的賬戶。金鑰只會儲存在你的瀏覽器上，因此你是唯一一個有權訪問你的賬戶和私鑰的人。當你在瀏覽器上執行交易之時，外掛會將你的函式呼叫轉化成原始交易，並用你的私鑰簽署交易。 Metamask 執行自己的節點，並且使用這些節點來廣播你的交易（Metamask 使用的是Infura 運營的節點）。如此一來，你就沒必要執行自己的以太坊節點了。

三. 線下簽名

如果你不喜歡用外掛，或者擔心你的本地 geth 節點有可能受損（遭篡改），該怎麼辦呢？要解決這一問題有一個安全之策。

你是否注意到了，前兩個步驟根本不需要聯網。如果你想確保自己的交易絕對不會受到篡改，你可以使用一臺沒有聯網的計算機將這一函式呼叫轉換成原始交易，並使用你的私鑰簽署該交易。之後，你可以複製已簽署交易串，並使用聯網的計算機將其廣播至網路。你可以使用 Etherscan 和 Infura 等服務將你已簽署的交易廣播至網路。

另一個安全之策是使用 Ledger 或 Trezor 等硬體錢包。這類錢包儲存了你的私鑰，而簽署交易的金鑰已經程式設計進了硬體本身。它們需要聯網的原因只是為了釋出你的已簽署交易。

希望本文能讓你更好地理解以太坊交易的工作流程。如果發現文中有任何不當之處，請你留言，我會加以改正。

感謝 Jim McDonald為本文校對。

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