Ethereum 交易类型及其特点

一. 概述

在智能合约开发中，我们需要了解不同的交易类型，这对我们的合约交易发送和交易解析等息息相关。以太坊网络中的交易类型多种多样，每种类型都有其特定的用途和特点。

二. 主流的几种交易类型

1.Legacy 交易

在以太坊上，Legacy交易是指在EIP-1559之前的传统交易类型。这些交易类型依赖于第一价格拍卖机制来确定交易费用。以下是对Legacy交易类型的详细介绍：

1.1.Legacy交易的结构

Legacy交易的结构包括以下字段：

• nonce：发送方账户的交易序号
• gasPrice：每单位 gas 的价格
• gasLimit：交易消耗的最大 gas 量
• to：接收方地址
• value：转移的以太币数量
• data：交易的附加数据（可选）
• v, r, s：交易的签名

1.2.交易字段详细说明

• nonce：每个账户有一个递增的nonce值。每次发送交易，nonce值都会增加，以确保交易的唯一性和顺序性。例如，账户发送的第一笔交易nonce为0，第二笔为1，依此类推。
• gasPrice：这是用户愿意为每个gas单位支付的费用。矿工根据gasPrice的高低优先打包交易。gasPrice的单位为gwei（1 ETH = 10^9 gwei）。高gasPrice通常会导致交易更快被确认。
• gasLimit：这是用户愿意为交易支付的最大gas量。它限制了交易执行过程中可以消耗的gas总量。设置gasLimit过低可能导致交易失败（但仍需支付已消耗的gas），而设置过高则可能浪费资金。
• to：接收方的以太坊地址。对于普通交易，这是一个常规的地址。对于合约创建交易，此字段为空，表示将部署一个新合约。
• value：表示转移的以太币数量，单位为wei（1 ETH = 10^18 wei）。用户可以在交易中指定转移的金额。
• data：这是一个可选字段，包含交易的附加数据。对于调用合约函数的交易，data字段包含合约调用的详细信息。对于合约创建交易，data字段包含合约的字节码。
• v, r, s：这些是签名字段，用于验证交易的发送者。通过这些字段，可以确认交易确实是由拥有相应私钥的账户发送的。

1.3.Legacy交易的执行流程

• 交易创建：用户创建交易并指定所有必要的字段，包括nonce、gasPrice、gasLimit、to、value和data。
• 交易签名：用户使用其私钥对交易进行签名，生成v、r、s字段。
• 交易广播：签名后的交易被广播到以太坊网络。
• 交易验证：矿工节点接收交易并进行验证，包括检查nonce、签名和账户余额等。
• 交易打包：矿工将交易打包到区块中，优先打包gasPrice较高的交易。
• 交易执行：区块被挖出后，交易在以太坊虚拟机（EVM）中执行，根据交易类型（转账或合约调用）改变账户状态。
• 交易确认：交易被多个区块确认后，交易被视为最终确定。

1.4.Legacy交易的优势与劣势

优势

• 简单易理解：交易费用机制简单明了，用户通过指定gasPrice来确定交易费用。
• 灵活性：用户可以根据需要灵活调整gasPrice以提高交易确认速度。

劣势

• 费用波动大：在网络拥堵时，交易费用可能会迅速飙升，导致用户难以预测和控制费用。
• 用户体验差：用户需要手动调整gasPrice以确保交易被及时确认，增加了使用的复杂性。
• 矿工激励不稳定：矿工可能会优先选择高gasPrice的交易，导致低费用交易长时间等待确认。

2.EIP1559 交易

EIP-1559 是以太坊改进提案中的一个重要提案，它对以太坊的交易费用机制进行了重大改进，旨在解决交易费用的不确定性和网络拥堵问题。以下是对 EIP-1559 交易的详细介绍：

2.1.EIP-1559 的背景

在 EIP-1559 之前，以太坊的交易费用是通过“第一价格拍卖”机制确定的，即用户在交易中指定愿意支付的 gas 价格，矿工优先打包出价最高的交易。这种机制导致以下问题：

• 费用波动：当网络拥堵时，交易费用可能会迅速飙升。
• 用户体验差：用户很难确定合适的 gas 价格，经常要么支付过高的费用，要么交易迟迟未被确认。

2.2.EIP-1559 的改进

EIP-1559 引入了一种新的费用结构，包括基本费用（base fee）、小费（tip）和 gas 限额（gas limit），以改善上述问题。

基本费用：基本费用是根据网络需求动态调整的最低费用。每个区块都会设定一个基本费用，这个费用会根据网络的拥堵情况自动调整：

• 机制：基本费用在区块容量达到目标值时增加，在区块容量低于目标值时减少。
• 目的：使交易费用更加可预测，减少用户手动调整 gas 价格的需求。

小费：用户可以选择支付额外的小费（priority fee）给矿工，以激励矿工优先处理他们的交易：

• 功能：提高交易被打包的优先级。
• 灵活性：用户可以根据需要设置小费的高低。

最大费用：用户在交易中指定愿意支付的最大费用（max fee），包括基本费用和小费：

• 保障：确保用户不会支付超过预期的费用。
• 计算：实际支付的费用为基本费用加上小费，剩余部分退还给用户。

2.3.EIP-1559 交易的结构

• nonce：发送方账户的交易序号。
• maxFeePerGas：用户愿意支付的每单位 gas 的最大费用。
• maxPriorityFeePerGas：用户愿意支付的每单位 gas 的小费。
• gasLimit：交易允许消耗的最大 gas 量。
• to：接收方地址。
• value：交易中发送的以太币数量。
• data：交易附加数据，通常为合约调用数据。
• v, r, s：交易的签名。

2.4.EIP-1559 交易的执行流程

• 交易创建：用户创建一个包含 maxFeePerGas 和 maxPriorityFeePerGas 的交易。
• 交易签名：用户使用其私钥对交易进行签名，生成v、r、s字段。
• 交易广播：签名后的交易被广播到以太坊网络。
• 交易验证：矿工节点接收交易并进行验证，包括检查nonce、签名和账户余额等。
• 基本费用确定：矿工根据网络状态确定当前区块的基本费用。
• 费用计算：矿工从用户提供的 maxFeePerGas 中扣除基本费用，剩余部分作为小费。
• 交易打包：矿工优先打包小费较高的交易，以最大化收益。
• 交易确认：交易被打包到区块中，用户支付的总费用为基本费用加小费。

2.5.EIP-1559 的优势

• 费用预测性：基本费用的动态调整使得交易费用更加可预测，改善用户体验。
• 网络稳定性：通过自动调整基本费用，EIP-1559 有助于缓解网络拥堵。
• 矿工激励：小费机制仍然为矿工提供了足够的激励，确保网络安全。

2.6.实际应用中的变化

自 EIP-1559 实施以来，以太坊的交易费用结构发生了显著变化：

• 用户体验改善：用户不再需要频繁调整 gas 价格，交易费用更加稳定。
• 费用燃烧机制：基本费用部分被销毁（burned），减少了以太币的供应，可能对 ETH 的长期价值产生积极影响。

3. Legacy 交易与 EIP-1559 交易的对比

EIP-1559交易引入了基本费用（base fee）和小费（priority fee）机制，改善了Legacy交易中的一些问题：

• 费用预测性：EIP-1559的基本费用根据网络需求动态调整，使交易费用更加可预测。
• 用户体验：用户不再需要频繁调整gasPrice，简化了交易的创建和提交过程。
• 费用销毁机制：EIP-1559中的基本费用部分被销毁，减少了以太币的供应，可能对ETH的长期价值产生积极影响。

总结来说，Legacy交易是以太坊早期采用的交易机制，尽管简单直接，但在网络拥堵和用户体验方面存在明显不足。EIP-1559交易通过引入新的费用机制，显著改善了这些问题，提高了网络的整体性能和用户体验。

4.EIP-4844 和 Blob 交易

在以太坊扩展方案中，Rollups 提供了一种有效的方法来提高网络的吞吐量和降低交易费用。Rollups 主要有两种类型：Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups。在这些扩展方案中，blob 交易是一种新兴的概念，特别是与以太坊改进提案EIP-4844 相关。EIP-4844，也被称为“Proto-Danksharding”，引入了一种新的交易类型，称为 blob-carrying transactions（携带数据块的交易），用于更高效地存储和传输大量数据 blobs。

4.1.Blob 交易的特点

• 高效的数据传输：Blob 交易允许 Rollups 提交大块数据（blobs）到以太坊主链。这些数据包含了 Rollup 内部的所有交易详细信息。
• 独立于主链状态：Blob 数据不会直接影响以太坊主链的状态，这意味着它们不会增加主链的存储需求。这些数据主要用于验证和重建 Rollup 的状态。
• 费用优化：由于 blob 数据不直接影响主链状态，处理这些数据的费用通常较低，从而降低了整体交易成本。

4.2.Blob 交易类别

4.2.1.数据可用性交易 (Data Availability Transactions)

这些交易主要用于确保 Rollups 提交的 blob 数据在以太坊网络中是可用和可验证的。数据可用性是 Rollups 安全性的重要组成部分，因为链下计算需要基于链上的数据进行验证。

• 提交和验证：Blob 数据提交到以太坊主链，并通过专门的验证机制确保数据的完整性和可用性。
• 数据存储：Blob 数据不会永久存储在以太坊主链上，而是通过优化的存储方案（如短期存储或外部存储）来管理。

4.2.2.状态更新交易 (State Update Transactions)

这种交易类型用于提交 Rollup 状态的更新信息。虽然具体的交易细节在 blob 中，但状态更新交易会包含指向这些 blob 的引用，以确保主链上的状态可以被正确更新和验证。

• 状态根更新：每个状态更新交易会包含一个新的状态根，这个状态根是通过处理 blob 数据得到的。
• 验证机制：状态根的更新和 blob 数据的处理需要通过加密验证机制来确保其准确性和安全性。

4.3.Blob 交易的结构

Blob 交易的结构与传统以太坊交易有一定的区别，它引入了一些新的字段来处理和管理 blob 数据。以下是 blob 交易的一些关键字段：

• nonce：发送方账户的交易序号。
• gasPrice：每单位 gas 的价格。
• gasLimit：交易消耗的最大 gas 量。
• to：接收方地址，通常为空，因为 blob 交易主要用于数据提交。
• value：转移的以太币数量，通常为 0。
• blobData：包含实际的 blob 数据。
• blobVersion：blob 数据的版本号，用于处理不同版本的 blob 交易格式。
• blobRoot：blob 数据的 Merkle 根，用于数据验证。
• v, r, s：交易的签名。

4.4.Blob 交易的执行流程

• 交易创建：Rollup 协调器创建一个包含大量交易数据的 blob，并将其打包成 blob 交易。
• 提交到主链：将 blob 交易提交到以太坊主链，包含 blob 数据和相关的验证信息。
• 验证和存储：以太坊网络验证 blob 数据的完整性和可用性，并将其存储在优化的存储方案中。
• 状态更新：Rollup 通过处理 blob 数据更新其状态，并将新的状态根提交到以太坊主链进行记录。

三. 基于业务常见的交易类别

1. 创建合约的交易

创建合约的交易用于在以太坊网络上部署智能合约。其特点是 to 字段为空，data 字段包含合约的字节码。其字段包括：

• nonce：发送方账户的交易序号。
• gasPrice：每单位 gas 的价格。
• gasLimit：交易消耗的最大 gas 量。
• to：为空。
• value：部署合约时发送的以太币数量。
• data：包含合约的字节码。
• v, r, s：交易的签名。

2.ERC20 代币交易

ERC20 是以太坊上最常见的代币标准，用于创建和管理代币。ERC20 代币交易涉及调用代币合约的 transfer 或 approve 等函数。这些交易的 to 字段指向代币合约地址，data 字段包含具体的函数调用和参数。

3. ERC721 和 ERC1155 交易

ERC721 和 ERC1155 是用于不可替代代币（NFT）的标准。ERC721 代表单个不可替代代币，而 ERC1155 支持多种类型的代币（包括可替代和不可替代代币）。这些交易涉及调用 NFT 合约的 transferFrom 或 safeTransferFrom 等函数。

4. 内部交易

内部交易是由智能合约内部触发的交易，例如一个合约调用另一个合约或执行自身的函数。这些交易不会直接显示在区块链上，而是通过事件日志（logs）或工具（如 Etherscan）来跟踪。

我们都知道，解析内部交易需要运行 archive 节点, 并且节点需要开启 debug 模块。社区有很多追踪内部交易的工具，如 ETHTX; 当然，使用第三方节点直接解析追踪，例如使用 erigon 节点。

• ETHTX

https://github.com/EthTx/ethtx_ce

https://github.com/EthTx/ethtx

• Erigon 节点

https://github.com/ledgerwatch/erigon

四. 总结

熟悉 Legacy, Eip1559 和 Blob 交易类型，能帮助我们更好，更高效的开发我们的程序，如果我们进行转账和 Call 合约时，需要更好的用户体验和手续费预测，选用 EIP1559 交易类型，但如果我们对用户体验和手续费的准确预测要求不高，或不希望 ETH 销毁，我们使用 Legacy；对于 L2 rollup 交易到 Ethereum 上，我们选用的是 Blob 交易类型。

熟悉合约创建，ERC20, ERC721 和 ERC1559 和内部交易等类别，当我们需要做数据统计系统，数据分类系统，基于交易的业务平台如"数字货币追踪"，"defi 数据平台"，"浏览器"等系统特别有用。