以太坊中的账户、交易、Gas和区块Gas Limit等基本概念

AssessAmeno · 发表于 2015-4-19 01:24:02

本篇文章作为科普文章，汇总整理了以太坊中的账户、交易、Gas和区块Gas Limit等相关概念，以便大家在实践中更好的与具体业务相结合。

什么是账户

以太坊账户与我们所知的账户概念有一定相似之处，却又有很大的区别，更不同于比特币中UTXO。
账户分两类：
- 外部拥有账户(EOA)，也就是普通账户
- 合约账户

普通账户

所谓的普通账户就是我们存放以太币的账户，可以随意生成，它具有以下特性：
- 拥有以太币余额（以太币存放的地方，与比特币的UTXO模式不同）的balance。
- 用于确定每笔交易只能被处理一次的计数器（nonce）。
- 发送交易（以太币转账、发布合约、调用智能合约）
- 通过私钥控制
- 没有相关联的代码

合约账户

合约账户也是最激动人心的概念和底层代码实现，它是功能和数据的集合，存在于以太坊的特定地址（发布智能合约的地址上），拥有一下特性：

拥有以太币余额
有相关联的代码
通过交易或消息调用的方式触发并由以太坊虚拟机（EVM）解释执行

当被执行时：

运行在随机复杂度（图灵完备性）
只能操作其拥有的特定储存，例如可以拥有其永久state
可以call其他合约

所有以太坊区块链上的操作都是由各账户发起的交易来出发。智能合约账户收到一笔交易，交易所带的参数都会成为代码的入参。合约代码会被以太坊虚拟机（EVM）在每一个参与网络的节点上运行，以作为它们新区块的验证。

交易和消息交易

“交易”术语通俗来讲就是一个账户向另外一个账户发送一笔被签名的消息数据包的过程，区块链会记录并存储相应的数据。延伸一下，调用智能合约改变一个合约账户的数据状态，也是一笔交易，同样需要花费手续费。

交易包括：

消息的发送者
消息的接收者
签名信息，用来证明发送者有意向通过区块链向接收者发送消息
价值域，从发送方转移到接受方的以太币的数量
可选的数据域，用来储存智能合约或调用智能合约的代码
gasLimit，该交易的执行时使用gas的上限
gasPrice，交易发送者愿意支付的gas费用的价格。一个单位的gas表示了执行一个基本指令，例如一个计算步骤。

消息

合约具有发送”消息”到其他合约的能力。消息是一个永不串行且只在以太坊执行环境中存在的虚拟对象。它们可以被理解为函数调用（function calls）。曾有人咨询，智能合约是否可以调用比特币转账，这里的解释已经给出了明确的答复。

消息包括：
- 消息发送者
- 消息的接收者
- 可选的数据域，合约实际上的输入数据
- gasLimit，同交易。

总体来说，一个消息就是一笔交易，除了它不是由外部账户生成，而是合约账户生成。当合约正在执行的代码中运行了call 或者delegatecall这两个命令时，就会生成一个消息。消息有的时候也被称为”内部交易”。与一个交易类似，一个消息会引导接收的账户运行它的代码。因此，合约账户可以与其他合约账户发生关系。

什么是gas

以太坊的运行环境，也被称为以太坊虚拟机（EVM）。每个参与到网络的节点都会运行EVM作为区块验证协议的一部分。每个网络中的全节点都会进行相同的计算并储存相同的值。合约执行会在所有节点中被多次重复，而且任何人都可以发布执行合约，这使得合约执行的消耗非常昂贵，所以为防止以太坊网络发生蓄意攻击或滥用的现象，以太坊协议规定交易或合约调用的每个运算步骤都需要收费。。这笔费用以gas作为单位计数，也就是俗称的燃料。

gas和交易消耗的gas

每笔交易都包含gas limit和gas price。矿工可以有选择的打包这些交易并收取这些费用。gasprice 会影响到该笔交易被打包所需等待的时间。如果该交易的操作所使用的gas数量小于或等于所设置的gas limit，交易会被处理。但如果gas总消耗超过gas limit，所有的操作都会被重置，但手续费依旧会被收取。区块链会显示这笔交易完成尝试，但因为没有提供足够的gas导致所有的合约命令都被复原。交易完成之后没有被使用的gas会以以太币的形式返还给发起者。gas消耗只是一个预估值，所以许多用户会超额支付gas来保证他们的交易会被接受。

估算交易消耗

交易费由两部分组成：

gasUsed：该交易消耗的总gas数量

gasPrice：该交易中单位gas的价格（用以太币计算）

交易费 = gasUsed * gasPrice

gasUsed

每个EVM中的命令都被设置了相应的gas消耗值。gasUsed是所有被执行的命令的gas消耗值总和。如果希望估算gasUsed，可以web3.eth.estimateGas。

gasPrice

用户可以自行设置的gasPrice的价格。由于网络拥堵等多种情况，此价格会动态变化，可根据交易字节数和当前区块中打包的平均值进行大概的预估。

交易案例

可以将gasLimit理解为你汽车油箱的上限。同时将gasPrice理解为油价。

对于一辆车来说，油价可能是<span class="MathJax" id="MathJax-Element-3-Frame" tabindex="0" data-mathml="2.5（价格）每升（单位）。在以太坊中，就是20GWei（价格）每gas（单位）。为了填满你的"油箱"，需要10升" role="presentation" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; display: inline; line-height: normal; text-align: left; word-spacing: normal; word-wrap: normal; white-space: nowrap; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border: 0px; word-break: break-all; position: relative;">2.5（价格）每升（单位）。在以太坊中，就是20GWei（价格）每gas（单位）。为了填满你的"油箱"，需要10升2.5（价格）每升（单位）。在以太坊中，就是20GWei（价格）每gas（单位）。为了填满你的"油箱"，需要10升2.5的油 = $25。同样的，21000个20 GWei的gas = 0.00042 ETH。

以太币单位换算

单位

wei值

Wei

wei

1

1 wei

Kwei (babbage)

1e3 wei

1,000

Mwei (lovelace)

1e6 wei

1,000,000

Gwei (shannon)

1e9 wei

1,000,000,000

microether (szabo)

1e12 wei

1,000,000,000,000

milliether (finney)

1e15 wei

1,000,000,000,000,000

ether

1e18 wei

1,000,000,000,000,000,000

gas limit

区块gas limit是单个区块允许的最多gas总量，以此可以用来决定单个区块中能打包多少笔交易。

例如，我们有5笔交易的gas limit分别是10、20、30、40和50.如果区块gas limit是100，那么前4笔交易就能被成功打包进入这个区块。矿工有权决定将哪些交易打包入区块。所以，另一个矿工可以选择打包最后两笔交易进入这个区块（50+40），然后再将第一笔交易打包（10）。如果你尝试将一个会使用超过当前区块gas limit的交易打包，这个交易会被网络拒绝，你的以太坊客户端会反馈错误”交易超过区块gas limit”。

目前使用的gas limit为21000。

区块的gas limit是由在网络上的矿工决定的。与可调整的区块gas limit协议不同的是一个默认的挖矿策略，即大多数客户端默认最小区块gas limit为4,712,388。

以太坊网络上的”DoS”攻击

最近有些评论表示以太坊网络正在慢慢减速，变得拥堵甚至无法使用。这些评论把这个减速的过程称为对以太坊网络的”DoS”攻击。当以太坊网络上持续地出现全满区块并且有大量交易在网络上待处理时就会出现所谓的DoS情况。同时，矿工有权利根据交易费选择打包哪些交易。如果当时队列中（交易池中）有上千笔交易正在等待打包，那么就有可能造成几个小时的非正常交易延迟。DDoS可能是恶意的也有可能是非恶意的。