科普：创建和签名以太坊交易

在我们之前的文章中，我们已经讲解了创建私钥的作用以及如何创建一个私钥。具体来说，在第一部分，我们知道了密钥就是一个很大的随机数而已，没有别的；而在第二部分，我们学习了如何用一个很大的随机数来创建一个能够持有资产的以太坊钱包。在这最后一部分里，我们要学习如何使用这样的随机数来签名、操作你自己的虚拟资产。

交易——旧的出去，新的进来

区块链的交易与银行交易没有特别大的区别。今时今日，大部分银行都支持你用数字手段完成大部分操作：转账给别人、给自己的储蓄账户存钱，乃至借贷，等等。互联网技术让我们可以完成大部分操作，而无需亲自到场。

尽管这些操作对你来说很容易，但对银行来说，既不容易，也不便宜。在幕后，有多个第三方参与你的银行操作的结算、验证和确认。如果这些还不够，为了符合银行业的规范条例，金融机构还必须执行繁琐的措施来确定你就是那个有权操作你的账户的人。所有这些层面都会产生繁重的成本，这就是为什么Visa和万事达这样的网关在每次提供服务时都要收取费用的原因，通常是根据转账额来收取。而且，当然，任何时候你发起的任何操作，都可以被冻结，乃至被撤销。

TRON数字钱包科普资料《波场钱包的现在过去与未来》已上线:据最新消息显示，由TokenPocket联合波场TRON官方，以及 TokenPocket 社区志愿者共同撰写的《波场钱包的现在过去与未来》已正式上线。《波场钱包的现在过去与未来》又称为波场钱包小白书，详细介绍了当前TRON钱包与TRON生态密切结合的实例，是目前市面上最为详细的TRON数字钱包科普资料。波场钱包作为波场公链生态中极为重要的入口，是波场生态的重要构成要素。波场钱包从一开始只提供权限管理、转账收款、节点投票等基础功能，到如今不仅可以为用户提供法币交易、闪兑和去中心化交易所等方便快捷的交易服务，还能让用户直接在钱包上体验波场上DApp，挖矿、DeFi、Staking等资产增值服务。详情见原文链接。[2020/8/20]

在2017年，欧盟要求金融机构实现PaymentServicesDirective2(Directive2015/2366)，也就是银行必须实行包括SCA在内的安全条例。由于PSD2+SCA的成本，在2019年3月，也只有59%的欧洲银行成功满足了监管要求，让最后通牒时间又推迟了一年。-

人大附中物理老师李永乐科普拜占庭将军问题和区块链:5月14日，人大附中物理老师、科普视频网红李永乐在其公众号发布视频《拜占庭将军问题是什么？区块链如何防范恶意节点？》。李永乐老师在视频中对拜占庭将军问题和区块链进行了讲解，他表示，拜占庭将军问题本质上指的是，在分布式计算机网络中，如果存在故障和恶意节点，是否能够保持正常节点的网络一致性问题。在近40年的时间里，人们提出了许多方案解决这一问题，称为拜占庭容错法。例如兰波特自己提出了口头协议、书面协议法，后来有人提出了实用拜占庭容错PBFT算法，在2008年，中本聪发明比特币后，人们又设想了通过区块链的方法解决这一问题。区块链通过算力证明来保持账本的一致性，也就是必须计算数学题，才能得到记账的权力，其他人对这个记账结果进行验证，如果是对的，就认可你的结果。与拜占庭问题比起来，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

区块链交易的规则有所不同

因为公链的分布式和免许可特性，任何人都可以在网络中签名和广播交易。基于区块链的特点，你需要划出一部分资金作为手续费，好让你的交易能被“挖出”，但手续费的高低则要看用户对使用区块链的需求，与转移价值的多少无关。举个例子，用一个以太坊账户给另一个账户转账1美元，和转账100万美元，要交的手续费是一样的。只要手续费一致，这两笔交易在矿工那里是一视同仁的，都会被打包到有效的区块中，向全网传播。

动态 | 报告：区块链等热点词促使童书科普百科类成交额同比增速最高:近日，京东图书与艾瑞咨询联合发布了《2019中国图书市场报告》。报告指出，AI、5G、区块链、机器人、VR、智能家居、AR这些热点词，不断点燃科技热潮，科技在改变大众生活的同时，也吸引了越来越多家长的关注，从小培养孩子对科技的兴趣和热爱。因此童书中科普百科类成交额同比增速最高，占比将近40%。[2020/1/8]

区块中包含了一系列的交易，而且区块是一个接一个，只增不减的。因为新区块的部分数据是来自上一区块的，这些“区块”就会形成一个接一个的有序链条，这就是“区块链”这个名字的由来。区块链还使用了一种易于处理和验证的数据结构，叫做“默克尔树”，这也是为什么要伪造区块链上的某一笔交易或者某一个区块几乎不可能的部分原因——实在是太容易鉴别了。-

此外，区块链交易不需要任何权威团体的验证。要想发出一笔有效的交易，只需使用对应于所在区块链系统的数字签名算法的私钥，为交易生成一个签名即可。以太坊和比特币区块链使用?ECDSA?算法，而Cardano和Polkadot则使用?EdDSA?算法。这两张算法都依赖于椭圆曲线密码学，但后者使用了扭结的Edwards曲线，是一个对通用数字签名的提升。任何账户都能用私钥签名来发起交易，但只有余额足够的地址所发起的交易才能被成功执行。

动态 | 区块链技术入选科普杂志《科学美国人》2019十大突破性技术榜单:据新浪网今日新闻报道，美国科普杂志《科学美国人》公布 2019 十大突破性技术榜单。区块链技术因在保障食品安全中的作用而上榜。 入选榜单具体原因：区块链技术的发展应用将显著改善食品污染源数据追踪的困境。利用区块链云端系统，食品制造商可以依次在计算机储存各类过程的信息。[2019/9/29]

椭圆曲线签名算法基于“离散对数问题”，其经典形式是，给定一个整数k，使得a^k≡b(modp)，其中p是质数，求k。不像其它公钥密码学算法比如?RSA，仅基于大指数的因式分解问题的攻击目标）。今天还没有发现计算k的高效方法。这也是虽然不同的区块链使用的曲线和签名算法有所不同，但都基于椭圆曲线的原因。-

一旦一笔交易有了签名、随签名一起发到了网络中、被打包到了一个成功挖出的区块中，那这笔交易就不能再撤销了。不像银行操作，成功打包上链的交易无法撤销，也无法恢复到还没执行这笔交易的状态。大部分公链都让交易的内容完全可见，所以这些交易所使用的区块链就是这些资产的终极真相来源。

金色财经独家分析 监管机构、媒体、业界提示风险 区块链科普道阻且长:新华社今日发文表示，近来“区块链”类案件频发，不法分子以“投资虚拟货币周期短、收益高、风险低”为借口，取用户信任并诱使其转账进行投资。无独有偶，同日消息，腾讯手机管家安全专家也提醒此类风险，并从技术上提出防建议。在美国，监管机构警示加密货币欺诈现象普遍承诺高收益而不披露潜在风险。金色财经独家分析，不法分子假借新技术之名进行，一方面是抓住民众趋利的心理，一方面反映出区块链科普的欠缺。区块链是新兴科技和底层技术并有改变社会生产关系的潜力，应该进行系统性的科普教育，当前，部分大学已经开始设置了区块链课程，但对于普通民众仍然有科普的需求，人们应该了解到系统和正确的知识，不仅要了解区块链的好，也要明确局限和弊端，以在高收益的诱惑下，保持清醒客观。[2018/4/11]

以太坊交易的结构

现在我们已经完全理解了区块链交易的特性，我们已经准备好了，可以去创建一笔以太坊交易了。我们从一笔简单的转账交易开始：转账0.1ETH给地址?0x17A98d2b11Dfb784e63337d2170e21cf5DD04631。交易可以用JavaScriptObjectNotation格式来表达，在创建这笔交易时，我们可以在?MyEtherWallet?上看到这些信息：

这里马上会跳出几个值：nonce、gasLimit、gasPrice、data?和?chainId。没有一个跟交易的内容有关，但它们都跟交易的执行方式有关。这是因为，为了在以太坊上发送一笔交易，你要事先定义好一些额外的参数，来告诉矿工如何处理你的交易。交易的两个参数都跟“gas”有关。Gas本身是一个单位，用来衡量一笔交易的计算负担，作为给以太坊矿工支付的依据。一个参数是?gasPrice，表示用户愿意为每单位的gas支付的单价，以Gwei为单位；另一个是?gasLimit，是用户指定自己的交易可以耗用的最大Gas数量。这些参数可以用以太坊节点来估算出一个合理的数值，一般来说都由钱包服务商帮你填好了。

-以太坊中的价值通常都以wei为单位。wei是以太坊区块链上最小的价值单位，是ETH的1/10^18。GasPrice则通常以gigawei为单位。GasPrice在以太坊网络上是个复杂的问题，因为它经常会浮动。EIP-1559?是一个最近通过的网络变更，可能会在今年底推出，可能会缓解GasPrice的剧烈波动。除了wei和Gwei，还有其它用于表示价值的单位。要了解这些单位，请访问?eth-converter.com?-

而BaseFee是一个随网络的上一个区块的满载率自动波动的一个数值。矿工得到的单价是你的Gas单价减去BaseFee；而BaseFee部分则会被销毁。值得注意的是，在可预见的未来，用户仍然可以使用传统的交易格式来发送交易，但这种格式可能最终会在协议层被废弃，即，本文所讲解的以太坊交易的格式，有一天可能会过时。）

除了gas参数，你还需要指定要在哪个网络上执行这笔交易。以太坊网络既包括chainId为1的主网，也包括其他测试网络。你也可以在测试网上发送交易，而且不会损失任何金钱，因为测试网的ETH可以用免费获得。一般来说，如果你要部署一个dApp，那么第一步应该是在本地网络上调试它，然后是部署到测试网上，最后一步才是部署到主网上。

最后，也很重要的是，我们还有?data?和?nonce?。如果你想要在交易中添加额外的数据，你就需要用到?data?字段。在你跟智能合约交互时，data字段可以包含你给合约的指令。而?nonce?则是以太坊网络用来跟踪你的账户状态、避免多重支付和重放攻击的一个数值。当你的交易因为gasfee太低而暂时无法打包的时候，你可以使用同一个nonce但指定更高的gasprice来“替换”你的那笔卡住的交易；一旦这笔“更快”的交易得以打包上链，你原来签名的那笔交易就会被以太坊的节点抛弃掉了。

签名一笔以太坊交易

形成了上面说的JSON编码，我们就可以往下走，开始签名的流程了。如我们所述，这个过程要用到ECDSA算法。这里我们要用到一个常用的库?ethers.js，这个代码库里面已经封装好了在secp256k1曲线上使用ECDSA算法生成签名所需的椭圆曲线。

现在签名，晚点再发

上面讲的这个签名过程可以称为“离线签名”。因为我们是先创建好签名，然后再找办法把它广播出去的。但许多在线的钱包都把签名和广播合并在一起，签名之后立即广播。不过，离线签名对许多应用来说都是非常实用的。所谓状态通道，就是一个监控两者账户的智能合约，根据这两个账户提交的签名交易，在双方之间完成资金结算。离线签名在去中心化交易所上也是一种常用的实践：买单和卖单都是存储在链下的，只在撮合成功时才把两笔交易上链结算。在Layer2方案如zkRollup和OptimisticRollup里面也扮演着重要角色。

使用Portis，你可以使用签名交易与?GasStationNetwork(GSN)?互动。Portis已在GSN中订阅了一组中继者，他们可以帮你的交易支付gas费。这些中继者关联着一个去中心化的合约，Portis可以请求他们中继你的交易。你仍然需要签名你的交易，但Portis会帮你完成其他的一切，这样，即使你用的是一个全新的钱包、没有余额来支付gas费，也依然能够跟智能合约交互。在我们的?cryptopuppers?应用上尝试一下吧！如果你想了解更多，这里有GSN的规范。还有，你可以看到来自TabooKey团队和Portis心爱的cryptopuppers应用的联动演示。

讲完了签名的过程，我们这个讲解私钥的系列就要跟大家说再见啦。如果你一期不落，应该能够理解以太坊账户是怎么来的、以太坊的交易是怎么一回事了。

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