以太坊C++源码解析(七)交易

以太坊交易类是Transaction,但是这个类几乎没有什么代码,主要代码都在父类TransactionBase中,因此这个类是我们研究的重点。

交易的主要数据

TransactionBase类位于libethcore\TransactionBase.h/cpp中,里面有几个重要的成员:

  • u256 m_nonce;
    这个是交易的nonce,整数,记录交易发送者的发送次数,从0开始,每发送一次nonce加1,主要是用来防止重放攻击的。
  • u256 m_value;
    交易的以太币数量,单位为wei,注意这个值可以为0。
  • Address m_receiveAddress;
    交易接收者的以太坊地址
  • u256 m_gasPrice;
    发送者愿意支付的gas price,默认为20,000,000,000wei,也就是20Gwei。这个值越大,交易被确认的速度越快。
  • u256 m_gas;
    发送者愿意支付的gas值,如果为普通交易,gas值固定为21000,如果是智能合约交易,则gas值大于21000。这个值实际上是gas limit,值必须大于等于实际消耗的gas,小于的话会直接被区块链拒绝,大于没有关系,因为交易完成后多出来的钱会退回发送者账户。
    交易费=m_gas * m_gasPrice。
  • bytes m_data;
    这个是创建智能合约交易时附带的交易编码,对于普通交易这个值为空。
  • boost::optional<SignatureStruct> m_vrs;
    交易的签名

以上是一个交易必须的成员,有人可能会注意到没有发送者的信息,实际上发送者信息隐藏在m_vrs中,m_vrs可以反推出发送者的公钥,从而得到发送者地址。

交易的分类

  1. 普通交易
    普通交易是用来交易以太币的,m_gas值为21000,m_data值为空,m_receiveAddress值不为空,m_value值通常不为0
  2. 智能合约交易
    智能合约交易又分为两种
    a. 创建智能合约交易
    这个交易用来创建一个智能合约,m_data值不为空,m_receiveAddress为空,m_value为0
    b. 普通智能合约交易
    这个通常用来做代币交易,m_data值不为空,m_receiveAddress为智能合约地址。

交易的签名

一个交易被发出前必须由发送者用自身的私钥进行签名。 这里因为EIP155的存在,情况又有点复杂。

关于EIP155大家可以参考eip-155.md
简单说就是在EIP155之前,交易签名的内容包括m_noncem_valuem_receiveAddressm_gasPricem_gasm_data这六项,EIP155之后,签名内容增加了m_vrs,其中v值设为1,rs值设为0

EIP155

TransactionBase类中有一个成员int m_chainId = -4;来区分是否采用EIP155,-4表示不采用,1表示采用。
我们来看具体代码:

void TransactionBase::sign(Secret const& _priv)
{
    auto sig = dev::sign(_priv, sha3(WithoutSignature));
    SignatureStruct sigStruct = *(SignatureStruct const*)&sig;
    if (sigStruct.isValid())
        m_vrs = sigStruct;
}

这是创建交易时候的代码,Secret const& _priv为发送者的私钥,最重要的是这句:

auto sig = dev::sign(_priv, sha3(WithoutSignature));

这句代码又可以分为两句:

  • sha3(WithoutSignature)
    用来对交易数据进行hash运算,这里的交易数据就要区分EIP155了,如果是非EIP155就需要对六项数据做hash,否则需要对九项数据做hash。
  • dev::sign(_priv, hash值)
    对hash结果做签名

我们先来看看hash运算:

h256 TransactionBase::sha3(IncludeSignature _sig) const
{
    if (_sig == WithSignature && m_hashWith)
        return m_hashWith;

    RLPStream s;
    streamRLP(s, _sig, m_chainId > 0 && _sig == WithoutSignature);

    auto ret = dev::sha3(s.out());
    if (_sig == WithSignature)
        m_hashWith = ret;
    return ret;
}

可见这里是对交易数据先编码成RLP,然后再用dev::sha3()做运算。
关键在streamRLP()函数中:

void TransactionBase::streamRLP(RLPStream& _s, IncludeSignature _sig, bool _forEip155hash) const
{
    if (m_type == NullTransaction)
        return;

    _s.appendList((_sig || _forEip155hash ? 3 : 0) + 6);
    _s << m_nonce << m_gasPrice << m_gas;
    if (m_type == MessageCall)
        _s << m_receiveAddress;
    else
        _s << "";
    _s << m_value << m_data;

    if (_sig)
    {
        if (!m_vrs)
            BOOST_THROW_EXCEPTION(TransactionIsUnsigned());

        if (hasZeroSignature())
            _s << m_chainId;
        else
        {
            int const vOffset = m_chainId * 2 + 35;
            _s << (m_vrs->v + vOffset);
        }
        _s << (u256)m_vrs->r << (u256)m_vrs->s;
    }
    else if (_forEip155hash)
        _s << m_chainId << 0 << 0;
}

这部分代码比较简单,m_typeMessageCall表示非创建合约交易,这时的m_receiveAddress值是有效的。_forEip155hash表示是否采用EIP155m_chainId默认为-4,所以不采用,因此这个stream里编码的值只有上面那六项。
dev::sign()签名算法就不贴出来了,有兴趣的可以自己去看,都是一些算法。

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