以太坊账户 相关知识

比特币转账机制（UTXO）

• 比特币是基于UTXO的结构存储有关用户余额的数据，系统的整个状态就是一组UTXO集合，每个UTXO都有一个所有者和面值（相当于法币的面值），每一笔交易都会花费若干个输入的UTXO，并且根据规则创建若干个新的UTXO
• 每个引用的输入必须是有效的（尚未花费的UTXO），对于一个交易，必须包含与当前输入UTXO相匹配的所有者的签名，并且保证输入必须大于等于总的输出值，比特币系统中用户的余额是用户具有私钥的UTXO的总值

以太坊的转账机制（Accounts）

 

• 以太坊的使用机制：存储系统中所有用户的列表
• 每一个账户都包括了一个余额（balance），和以太坊特殊定义的数据（代码和内部存储，这个是指智能合约）
• 以太坊的账户类型和银行使用的是一致的，一笔交易的产生，需要先扣除交易发起方的账户余额，如果交易方账户余额足够，则交易生效；然后，交易接收方的账户会记入这笔交易。
• 智能合约：如果接收方的账户存在相关代码（智能合约），则代码会自动运行，并且他的内部存储也可能被改变，比如代码还可能设定向其他账户发起新的交易信息，这就会造成进一步的借贷资金关系。

比特币的UTXO的优缺点

1. 高度的隐私性，因为每一笔交易使用的不会是相同的地址，因此很难将其与现实的用户连接起来，保护了用户的隐私性，这样也就限制了比特币只能适用于货币，提升空间很小，比如面对现在的Dapps（分布式app），Dapps通常设计到跟踪和用户绑定的复杂状态，很难像货币一样对于用户状态简单的划分。
2. 潜在的可扩展性，UTXO在理论上更符合可扩展性的要求，因为只需要依赖UTXO的人去维护基于Merkle树的所有权证明，即使一笔交易的数据丢失，仅仅所有者会受到对应的UTXO的损失，但是不会影响接下来的交易。如果是账户模式，如果每个人都丢失了与账户相对应的Merkle树的部分，那么就会使得与该账户相关的信息完全无法处理。

以太坊的优缺点

• 节省空间，不将UTXO分开存储，而是合并到特定的用户，每个交易只需要一个输入，一个签名、并且产生一个输出
• 更好的替代性，货币的本质都是同质化、可以替代的，UTXO设计使得货币分为可花费和不可花费两类，这个很难和现实模型对
• 更加简单：容易编码和理解，特别是设计复杂脚本的时候，UTXO在脚本逻辑复杂时候更加令人费解
• 更容易维护持久性节点，只需要沿着特定方向扫描状态树，亲节点可以很容易的随时访问账户相关的所有数据。而UTXO的每一个交易都会使得状态发生改变，这个对于亲节点来说长时间运行分布式APP会造成很大的压力

对比

	BitCoin	Ethereum
设计定位	现金系统	去中心化应用平台
数据组成	交易列表（账本）	交易和账户状态
交易对象	UTXO	Accounts
代码控制	脚本	智能合约

以太坊的账户类型

• 外部用户/普通账户
• 合约账户/内部用户

外部用户/普通账户

1. 有对应的以太坊余额
2. 可以发起交易（转账/触发合约代码）
3. 由用户私钥控制
4. 没有关联代码（智能合约有）

合约账户/内部用户

1. 有对应的以太坊余额
2. 有关联代码
3. 由代码控制
4. 可以通过交易或者来自其他合约的调用消息来触发代码执行
5. 执行代码时候可以操作自己的存储空间，也可以调用其他的合约

消息

• 合约可以向其他合约发送“消息”
• 消息是不会被序列化的虚拟对象，只存在于以太坊的执行环境（EVM）中
• 可以看作是函数的调用
• 内容：消息的发送方、消息的接收方、金额（VALUE）、数据（DATA，可选）、START GAS 最大支付的GAS

合约

 

• 可以读/写自己的内部存储（32字节key-value的数据库）
• 可以向其他合约发送消息，依次触发执行
• 一旦合约运行结束，并且由它发送的消息触发的所有子执行（sub-exception）结束，EVM就会中止执行，直到下次交易被唤醒

合约的应用

• 维护一个数据存储（账本），存放其他合约或者外部的世界有用的内容比如，发售自己的虚拟货币
• 通过合约账户实现一种具有更加复杂的访问策略的普通账户（EOA），这个被称为“转发合同”，只有在满足某些特定的条件的时候，才会将传入的消息重新发送到某个所需要的目的地址：例如，一个人有一份转发合约，该合约会等待直到给定的三个私钥中的两个确认之后，再重新发送特定的消息，比如钱包合约
• 管理多个用户之间的持续合同或者关系。包括金融合同，以及某些特定的托管合同或者某种保险。遗嘱，遗产分配。

交易数据结构

（交易是包含以下数据的序列化的二进制消息）

• Nonce 由发起人EOA发出的序列号，用于防止消息重播，相当于统计从一个账户中交易记录的次序，防止了双重支付。
• Gas price 交易发起人愿意支付的gas单价（wei）
• Start gas 交易发起人愿意支付方最大gas量
• To：以太坊交易的目的地址
• Value：发送到目的地的以太数量
• Data：可变长度的二进制数据负载（payload）
• v，r，s 发起人EOA的ECDSA签名的三个组成部分
• 交易消息的结构使用递归长度前缀（RLP）编码方案进行序列化，该方案专为以太坊中准确和字节完美的数据序列化而创建。

交易中的nonce

• 黄皮书的定义：一个标量值，等于从这个地址发送的交易数，或者对于关联code的账户来说，就是这个账户创建合约的数量
• nonce不会明确存储为区块链中账户状态的一个部分，相反它是通过计算发送地址已经确认的交易的数量来动态计算的
• nonce值还用于防止错误计算账户的余额。Nonce强制来自任何地址的交易按照顺序处理，没有间隔，无论节点接收他们的顺序如何。
• 使用nonce是为了确保所有的节点计算的是相同的余额和正确的交易，等同于防止了“双重支付/重放攻击”，但是因为不像比特币使用UTXO机制，因此以太坊只有在错误计算账户的余额时候才会发生“双重支付/重放攻击”。

并发和nonce

• 以太坊是一个允许（节点、客户端，Dapps）并发的系统，但是强制单例状态。例如，出块的时候只有一个系统状态
• 假如我们有多个独立的钱包客户端，比如MetaMask和Geth，他们都是使用同一个地址生成交易。如果我们希望同时发起交易，该如何设置交易的nonce呢？
• 方法1，用一台服务器为各个应用分配nonce，先来先服务，（单点故障），如果先来的一个应用发生故障，那么失败的交易会使得后续的交易阻塞
• 方法2，生成交易后不分配nonce，也不签名，而是将其放在一个队列中等待，另一个节点跟踪nonce并签名交易。同样会出现单点故障，而且跟踪nonce和签名的节点是无法实现真正的并发

特殊的交易：创建（部署）合约

• 特殊的交易，具有数据负载但是没有value，则这笔交易就是为了创建新的合约

• 合约的创建交易被发送到特殊目的的地址，即0x0.这个地址既不代表EOA也不代表合约，也不会花费以太币或者发布交易，仅仅具有特殊的含义“创建合约”

• 还有一种目的：销毁以太币

向EOA或合约传递数据

• 当交易包含数据有效负载的时候，一般是发送到合约地址的，但是发送给EOA也是可以的
• 如果发送数据给EOA，数据负载的解释取决于钱包
• 如果发送给数据给合约地址，EVM会解释为函数调用，从payload里面解码出函数的名称和参数，调用该函数并且传入参数
• 发送给合约的数据有效负载是32字节的十六进制序列化编码
  • 函数选择器：函数原型的keccak256哈希的前4个字节，允许EVM明确识别将要调用的函数
  • 函数参数：根据EVM定义的各种基本类型的规则进行编码

交易的Value和data

交易的“有效负载”包含在两个字段中：value和data。交易可以同时有value和data，仅有value、仅有data、data和value都没有

1. 仅有value的交易是一笔以太的付款
2. 仅有value的交易一般是合约的调用
3. 进行合约的调用的时候，除了传输data，还可以发送以太币，从而使得交易中同时包含data和value
4. 没有value也没有data的交易，只是在浪费gas，但是交易是有效的

交易的接收者（to）

1. 交易接受者在to字段中指定，是一个20字节的以太坊地址，地址可以是EOA或者合约的地址
2. 以太坊无法判定任何20字节的地址是否是有效的，是否是公钥正确派生的，但是这笔交易是有效的，只是钱回不来了
3. 如果交易的地址是无效的，将会销毁发送的以太币，使其永远无法访问
4. 验证接收人的地址是否是有效的，应该在用户界面一层完成

gas计算

1. 发起交易时的gas limit并不是要支付的gas数量，而是给定一个消耗gas的上限，相当于押金，如果存在剩余，会返回到交易发起方的账户
2. 实际支付的gas数量是执行过程中消耗的gas（gasUsed），gas limit中剩余的部分会返回给发送人，单价是由设定的gasPrise而确定
3. 最终支付的费用 totalCost = gasPrise * gasUsed
4. TotalCost会作为交易的手续费支付给矿工

来源：oschina

链接：https://my.oschina.net/u/4313437/blog/4326336