浅谈以太坊之账户模型
2022年12月25日
浅谈以太坊之账户模型
账户类型
外部账户
外部账户(EOAs)：通过独立私钥创建，无法进行多签。
外部账户是拥有以太币余额的，它是由自己的私钥控制，且可以发送交易以及执行合约代码，注意没有与之相关的代码，也可以进行多重签名。
合约账户
合约帐户(contract account)：由 SHA3 哈希算法生成。
合约账户是由合约创建或者外部账户创建，一旦创建成功会被分配一个账户地址。并且是只能通过外部账户来调用合约执行合约代码。
两者之间区别
| item | EOAs | contract account |
|---|---|---|
| 私钥生成 | √ | × |
| 拥有余额 | √ | √ |
| 拥有代码 | × | √ |
| 多重签名 | × | √ |
| 控制方式 | 私钥 | 通过外部账户执行合约 |
合约账户地址生成
合约地址生成算法有目前有两种：
①：通过创建者的地址和该交易的随机数进行哈希后截取生成
Keccak256(rlp([sender,nonce])[12:]
func CreateAddress(b common.Address, nonce uint64) common.Address {
data, _ := rlp.EncodeToBytes([]interface{}{b, nonce})
return common.BytesToAddress(Keccak256(data)[12:])
}
②：为了不与第一种发生地址冲突，部署合约前就可以知道确切的合约地址 ，详情请查看 EIP1014
keccak256( 0xff ++ address ++ salt ++ keccak256(init_code))[12:]
func CreateAddress2(b common.Address, salt [32]byte, inithash []byte) common.Address {
return common.BytesToAddress(Keccak256([]byte{0xff}, b.Bytes(), salt[:], inithash)[12:])
}
简单应用
var util = require('ethereumjs-util');
//根据发送者地址和nonce求取生成的新合约的地址
//方法一：先RLP编码，再Hash，截取Hash值的后20个字节
var sender = "a990077c3205cbDf861e17Fa532eeB069cE9fF96";
var nonce = 0;
//由于RLP编码规则，当nonce==0时，RLP编码要使用null
var buf = [Buffer.from(sender, "hex"), nonce == 0 ? null : nonce];
var addr1 = util.sha3(util.rlp.encode(buf)).toString("hex").slice(-40);
console.log(addr1);
//方法二
var addr2 = util.generateAddress(Buffer.from(sender, "hex"), nonce).toString("hex");
console.log(addr2);
当我们想把一个合约部署到一个固定的地址上时，我们可以通过使用指定的sender和nonce就可以做得到。比如：EIP1820和EIP 2470正是这么做的。
如何判断一个地址为合约地址
EVM 提供了一个操作码 EXTCODESIZE，用来获取地址相关联的代码长度，若是外部账号地址，则没有代码返回。
function isContract(address addr) internal view returns (bool) {
uint256 size;
assembly { size := extcodesize(addr) }
return size > 0;
}
若是在合约外部判断，则可以使用以下方式判断：
①：web3
web3.eth.getCode("0x8415A51d68e80aebb916A6f5Dafb8af18bFE2F9d")
"0x"
②:JSON-RPC
eth_getcode
getCode用来获取参数地址所对应合约的代码，若参数是外部账号地址，则返回0x, 若参数是合约，则返回对应的字节码。
注意：如果一个地址没有代码关联，并不能肯定这个地址是外部账户地址还是合约地址，因为有可能代码还没有部署上链。如果一个地址关联有代码，那它肯定是合约地址。
常见需求解决
只允许外部账户调用我们的合约，不允许合约账户调用我们的合约??
解决方式：
require(tx.origin == msg.sender)
账户数据结构
不管是外部账户还是合约账户均是采取此结构。但是外部账户无内部存储数据和合约代码，即 CodeHash 为空值。
type Account struct {
Nonce uint64
Balance *big.Int
Root common.Hash
CodeHash []byte
}
- Nonce：如果是外部账户，
nonce代表从此账户地址发送的交易序号。如果是合约账户，nonce代表此账户创建的合约序号 - Balance：此地址拥有
Wei的数量, 1Ether=10^18Wei - Root:
Merkle Patricia Tree的根节点Hash值,默认空值。 - CodeHash：此账户
EVM代码的hash值。对于合约账户，就是被Hash的代码；对于外部拥有账户，c是一个空字符串的Hash值
账户数据存储
import(...)
var toAddr =common.HexToAddress
var toHash =common.BytesToHash
func main() {
statadb, _ := state.New(common.Hash{},
state.NewDatabase(rawdb.NewMemoryDatabase()))// ❶
acct1:=toAddr("0x0bB141C2F7d4d12B1D27E62F86254e6ccEd5FF9a")// ❷
acct2:=toAddr("0x77de172A492C40217e48Ebb7EEFf9b2d7dF8151B")
statadb.AddBalance(acct1,big.NewInt(100))
statadb.AddBalance(acct2,big.NewInt(888))
contract:=crypto.CreateAddress(acct1,statadb.GetNonce(acct1))//❸
statadb.CreateAccount(contract)
statadb.SetCode(contract,[]byte("contract code bytes"))//❹
statadb.SetNonce(contract,1)
statadb.SetState(contract,toHash([]byte("owner")),toHash(acct1.Bytes()))//❺
statadb.SetState(contract,toHash([]byte("name")),toHash([]byte("ysqi")))
statadb.SetState(contract,toHash([]byte("online")),toHash([]byte{1})
statadb.SetState(contract,toHash([]byte("online")),toHash([]byte{}))//❻
statadb.Commit(true)//❼
fmt.Println(string(statadb.Dump()))//❽
}
上面代码中，我们创建了三个账户，并且提交到数据库中。最终打印出当前数据中所有账户的数据信息：
- ❶ 一行代码涉及多个操作。首先是创建一个内存KV数据库，再包装为 stata 数据库实例， 最后利用一个空的DB级的
StateRoot，初始化一个以太坊 statadb。 - ❷ 定义两个账户 acct1和acct2，并分别添加100和888到账户余额。
- ❸ 模拟合约账户的创建过程，由外部账户 acct1 创建合约账户地址，并将此地址载入 statadb。
- ❹ 在将合约代码加入刚刚创建的合约账户中，在写入合约代码的同时， 会利用
crypto.Keccak256Hash(code)计算合约代码哈希，保留在账户数据中。 - ❺ 模拟合约执行过程，涉及修改合约状态，新增三项状态数据
owner,name和online，分别对应不同值。 - ❻ 这里和前面不同的是，是给状态
online赋值为空[]byte{}，因为所有状态的默认值均是[]byte{}， 在提交到数据库时，如Leveldb 认为这些状态无有效值，会从数据库文件中删除此记录。 因此，此操作实际是一个删除状态online操作。 - ❼ 上面所有操作，还都只是发生在 statdb 内存中，并未真正的写入数据库文件。 执行
Commit，才会将关于 statadb 的所有变更更新到数据库文件中。 - ❽ 一旦提交数据，则可以使用
Dump命令从数据库中查找此 stata 相关的所有数据，包括所有账户。 并以 JSON 格式返还。这里，我们将返还结果直接打印输出。
代码执行输出结果如下:
{
"root": "3a25b0816cf007c0b878ca7a62ba35ee0337fa53703f281c41a791a137519f00",
"accounts": {
"0bb141c2f7d4d12b1d27e62f86254e6cced5ff9a": {
"balance": "100",
"nonce": 0,
"root": "56e81f171bcc55a6ff8345e692c0f86e5b48e01b996cadc001622fb5e363b421",
"codeHash": "c5d2460186f7233c927e7db2dcc703c0e500b653ca82273b7bfad8045d85a470",
"code": "",
"storage": {}
},
"77de172a492c40217e48ebb7eeff9b2d7df8151b": {
"balance": "888",
"nonce": 0,
"root": "56e81f171bcc55a6ff8345e692c0f86e5b48e01b996cadc001622fb5e363b421",
"codeHash": "c5d2460186f7233c927e7db2dcc703c0e500b653ca82273b7bfad8045d85a470",
"code": "",
"storage": {}
},
"80580f576731dc1e1dcc53d80b261e228c447cdd": {
"balance": "0",
"nonce": 1,
"root": "1f6d937817f2ac217d8b123c4983c45141e50bd0c358c07f3c19c7b526dd4267",
"codeHash": "c668dac8131a99c411450ba912234439ace20d1cc1084f8e198fee0a334bc592",
"code": "636f6e747261637420636f6465206279746573",
"storage": {
"000000000000000000000000000000000000000000000000000000006e616d65": "8479737169",
"0000000000000000000000000000000000000000000000000000006f776e6572": "940bb141c2f7d4d12b1d27e62f86254e6cced5ff9a"
}
}
}
}
我们看到这些显示数据，直接对应我们刚刚的所有操作。 也只有合约账户才有 storage 和 code。而外部账户的codeHash和root值相同，是一个默认值。
账户模型的优缺点
优点：
- 合约以代码形式保存在
Account中，并且Account拥有自身状态。这种模型具有更好的可编程性。 - 批量交易的成本较低。设想矿池向矿工支付手续费，
Account模型可以通过合约的方式降低成本。
缺点：
Account模型交易之间没有依赖性，需要解决重放问题。- 对于实现闪电网络/雷电网络，
Plasma等，用户举证需要更复杂的Proof证明机制，子链向主链进行状态迁移需要更复杂的协议。
参考
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