区块链技术原理(11)-以太坊交易

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什么是交易？

“交易（Transaction）” 是从一个账户向另一个账户发送的经过数字签名的指令 。例如，如果 Bob 发送 Alice 1 ETH，则 Bob 的帐户必须减少 1 ETH，而 Alice 的帐户必须增加 1 ETH。 交易会造成状态的改变（如转移以太币、调用智能合约、部署合约等）。

改变 EVM 状态的交易需要广播到整个网络。 任何节点都可以广播在以太坊虚拟机上执行交易的请求；此后，验证者将执行交易并将由此产生的状态变化传播到网络的其他部分。

交易需要付费并且必须包含在一个有效区块中。

所提交的交易包括下列信息：

字段	作用
from	发起账户地址（EOA，必须有私钥签名，合约账户无法主动发起交易）。
to	接收账户地址： 若为 EOA 地址（如0x…），则为普通转账； 若为合约账户地址，则为调用该合约； 若为空（null），则为部署新智能合约（此时data字段为合约字节码）。
value	转移的以太币数量（以 wei 为单位，1 ETH = 10¹⁸ wei），仅在转账或向合约支付 ETH 时有效。
gasLimit	交易允许消耗的最大 Gas 量（防止交易因逻辑错误无限消耗资源），若实际消耗 Gas ≤ gasLimit，剩余 Gas 退还；若超过，则交易失败，已消耗 Gas 不退还。
maxFeePerGas	（EIP-1559 后）用户愿意支付的最高 Gas 单价（以 gwei 为单位，1 gwei = 10⁹ wei），包含基础费（base fee）和优先级费（priority fee）。
maxPriorityFeePerGas	（EIP-1559 后）用户额外支付给验证者的 “小费”，激励验证者优先打包交易。
nonce	发起账户的交易计数器（从 0 开始），确保每笔交易唯一，防止 “重放攻击”（同一笔交易被重复提交）。
data	附加数据（可选）： 调用合约时，为函数名 + 参数的编码（如调用transfer(address,uint256)的编码）； 部署合约时，为合约的字节码；普通转账时可留空。
signature	发起账户的数字签名（由私钥生成），用于验证交易的合法性（确实由from地址的所有者发起）。

燃料是指验证者处理交易所需的计算。 用户必须为此计算支付费用。 gasLimit 和 maxPriorityFeePerGas 决定支付给验证者的最高交易费。

下面是一个模拟交易信息

{from: "0xEA674fdDe714fd979de3EdF0F56AA9716B898ec8",to: "0xac03bb73b6a9e108530aff4df5077c2b3d481e5a",gasLimit: "21000",maxFeePerGas: "300"maxPriorityFeePerGas: "10"nonce: "0",value: "10000000000",
}

交易类型

以太坊有几种不同类型的交易：

• 常规交易：从一个帐户到另一个帐户的交易。
• 合约部署交易：没有“to”地址的交易，数据字段用于合约代码。
• 执行合约：与已部署的智能合约进行交互的交易。 在这种情况下，“to”地址是智能合约地址。

交易生命周期

交易提交后，就会发生以下情况：

1. 用户发起与签名
   用户通过钱包（如 MetaMask）输入交易参数（to、value、gas等），钱包用用户私钥对交易进行签名（生成signature），确保交易不可篡改且确实由用户发起。
2. 广播至网络
   签名后的交易被发送到以太坊 P2P 网络，由节点（全节点或轻节点）接收并转发，快速扩散至全网。
3. 节点验证
   全节点收到交易后，验证其合法性：
   • 签名是否有效（from地址是否为私钥持有者）；
   • nonce是否正确（与from账户的当前nonce一致）；
   • from账户余额是否足够支付value + 预估Gas费；
   • 若调用合约，验证data字段的函数编码是否符合合约接口。
4. 进入交易池（mempool）
   验证通过的交易被放入节点的 “交易池”，等待验证者（PoS）或矿工（PoW 时期）打包。交易池中的交易按 “Gas 价格” 排序，高 Gas 费的交易通常被优先处理。
5. 打包进区块
   验证者从交易池中选择交易（优先高 Gas 费），打包进新生成的区块，并广播区块至全网。此时交易状态从 “pending（待处理）” 变为 “included（已打包）”。
6. 全网确认
   其他节点验证区块合法性后，将其添加到区块链末尾。随着后续区块的生成（通常认为 6 个区块后），交易被 “最终确认”（不可篡改的概率极高），全局状态按交易指令更新（如余额变更、合约存储更新）。

关键概念：Gas 与交易费用

以太坊交易必须支付 “交易费用”（以 ETH 计价），费用高低由 Gas 决定，这是防止网络滥用的核心机制：

• Gas：衡量交易计算复杂度的单位（如简单转账需 21,000 Gas，复杂合约调用可能需数百万 Gas）。
• 实际费用：EIP-1559 后，费用 = 基础费（base fee） + 优先级费（priority fee），其中基础费会被销毁（减少 ETH 流通量），优先级费归验证者。
• 费用计算：总费用 = Gas 消耗 ×（基础费 + 优先级费），若用户设置的maxFeePerGas ≥ 实际费用，则交易有效。

交易状态与失败原因

• 常见状态：
  • pending：已广播但未被打包；
  • success：已打包并确认，状态更新成功；
  • failed：已打包但执行失败（如合约逻辑错误、Gas 不足）。
• 失败原因：
  • Gas 不足（实际消耗 Gas > gasLimit）；
  • 合约执行出错（如转账给不接收 ETH 的合约、条件判断不满足）；
  • 签名无效或nonce错误。

注意：失败的交易仍会消耗 Gas（因验证者已执行计算），费用不会退还。

总结

以太坊交易是连接用户与网络的核心接口，不仅支持简单的价值转移，更通过data字段实现了与智能合约的复杂交互，支撑了 DeFi、NFT、DAO 等丰富生态。理解其结构、类型和生命周期，是使用以太坊和开发 DApp 的基础 —— 它既是 “数字现金” 的转移工具，也是 “去中心化应用” 的操作指令，体现了以太坊 “世界计算机” 的核心价值。