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交易

Neo区块去掉区块头部分就是一串交易构成的区块主体,因而交易是整个Neo系统的基础部件。钱包、智能合约、账户和交易相互作用但最终都转化成交易被记入区块链中。在Neo的P2P网络传输中,信息被打包成 InvPayload 信息包来传送(Inv即Inventory)。不同信息包有自己需要的特定数据, InventoryType.Tx 用于标识网络中的InvPayload信息包内装的是交易数据。

数据结构

在Neo网络中,交易的数据结构如下所示:

字段类型说明
version byte交易版本号,目前为0
nonce uint随机数
sysfee long支付给网络的资源费用
netfee long支付给验证人打包交易的费用
validUntilBlock uint交易的有效期
signers Signer[]发送方以及限制签名的作用范围
attributes TransactionAttribute[]交易所具备的额外特性
script byte[]交易的合约脚本
witnesses Witness[]用于验证交易的脚本列表

version

version属性允许对交易结构进行更新,使其具有向后兼容性。 目前版本为0。

signers

signers中的第一个字段为交易发起账户的地址哈希。由于Neo N3弃用了UTXO模型,仅保留有账户余额模型,原生资产NEO和GAS的转账交易统一为NEP-17资产操作方式,因此交易结构中不再记录inputs和outputs字段,通过signers字段来跟踪交易的发送方。

signers中余下的字段定义了签名的作用范围。当 checkwitness 用于交易验证时,除交易发送者 sender 外,其他的 signers 都需要定义其签名的作用范围。详情请参见 签名作用域

字段说明类型
Account 账户脚本哈希 UInt160
Scopes 指定签名的作用范围 WitnessScope
AllowedContracts 签名可验证的合约脚本数组 UInt160[]
AllowedGroups 签名可验证的合约组公钥 ECPoint[]
Rules scopes 设置为 WitnessRules 时,填写签名规则数组 WitnessRules[]

sysfee

系统费用取决于交易脚本的大小,数量和NeoVM指令类型。每一个指令所对应的费用,请参考 opcode 费用 。Neo N3取消了每笔交易10 GAS的免费额度,系统费用总额受合约脚本的指令数量和指令类型影响。计算公式如下所示:

其中,OpcodeSet为指令集,𝑂𝑝𝑐𝑜𝑑𝑒𝑃𝑟𝑖𝑐𝑒𝑖为第i种指令的费用,𝑛𝑖为第i种指令在合约脚本中的执行次数。

netfee

网络费是用户向Neo网络提交交易时支付的费用,作为共识节点的出块奖励。每笔交易的网络费存在一个基础值,用户支付的网络费需要大于或等于此基础值,否则交易无法通过验证。基础网络费计算公式如下所示:

network fee

其中,VerificationCost为虚拟机验证交易签名执行的指令相对应的费用,tx.Length为交易数据的字节长度,FeePerByte为交易每字节的费用,目前为0.00001GAS。

attributes

根据具体的交易类型允许向交易添加额外的属性。 对于每个属性,必须指定使用类型,以及外部数据和外部数据的大小。

每个交易最多可以添加16个属性。

script

在NeoVM上执行的脚本,决定了交易的效果。

witnesses

witnesses属性用于验证交易的有效性和完整性。Witness即“见证人”, 包含两个属性。

字段说明
InvocationScript 执行脚本,向验证脚本传递参数
VerificationScript 验证脚本

可以为每个交易添加多个见证人,也可以使用具有多方签名的见证人。

执行脚本

执行脚本可以通过

0x0C(PUSHDATA1) + 0x40(数据长度为64字节) + 签名

添加签名。重复此步,可以为多方签名合约推送多个签名。

验证脚本

验证脚本,常见为地址脚本,包括普通地址脚本和多签地址脚本,该地址脚本可以从钱包账户中直接获取,其构造方式,请参考 钱包-地址

也可以为自定义的鉴权合约脚本。

交易序列化

除IP地址和端口号外,Neo中所有变长的整数类型都使用小端序存储。交易序列化时将按以下字段顺序执行序列化操作:

字段说明
version -
nonce -
systemFee -
networkFee -
validUntilBlock -
signers 需先序列化数组长度 WriteVarInt(length) ,之后再分别序列化数组各个元素
attributes 需先序列化数组长度 WriteVarInt(length) ,之后再分别序列化数组各个元素
script 需先序列化数组长度 WriteVarInt(length) ,之后再序列化字节数组
witnesses 需先序列化数组长度 WriteVarInt(length) 之后再分别序列化数组各个元素

WriteVarInt(value) 是根据value的值,存储非定长类型, 根据取值范围决定存储大小。

Value 值范围存储类型
value < 0xFDbyte(value)
value <= 0xFFFF0xFD + ushort(value)
value <= 0xFFFFFFFF0xFE + uint(value)
value > 0xFFFFFFFF0xFF + value

交易签名

交易签名是对交易本身的数据(不包含签名数据,即witnesses部分)进行ECDSA方法签名,然后填入交易体中的 witnesses

交易JSON格式示例,其中script与witnesses字段使用Base64替代原有的Hexstring编码:

{
  "hash": "0xd2b24b57ea05821766877241a51e17eae06ed66a6c72adb5727f8ba701d995be",
  "size": 265,
  "version": 0,
  "nonce": 739807055,
  "sender": "NMDf1XCbioM7ZrPZAdQKQt8nnx3fWr1wdr",
  "sys_fee": "9007810",
  "net_fee": "1264390",
  "valid_until_block": 2102402,
  "signers": [{
    "account": "0xdf93ea5a0283c01e8cdfae891ff700faad70500e",
    "scopes": "FeeOnly"
  },
  {
    "account": "0xdf93ea5a0283c01e8cdfae891ff700faad70500e",
    "scopes": "CalledByEntry"
  }],
  "attributes": [],
  "script": "EQwUDlBwrfoA9x+Jrt+MHsCDAlrqk98MFA5QcK36APcfia7fjB7AgwJa6pPfE8AMCHRyYW5zZmVyDBSJdyDYzXb08Aq/o3wO3YicII/em0FifVtSOA==",
  "witnesses": [{
    "invocation": "DEDy/g4Lt+FTMBHHF84TSVXG9aSNODOjj0aPaJq8uOc6eMzqr8rARqpB4gWGXNfzLyh9qKvE++6f6XoZeaEoUPeH",
    "verification": "DCECCJr46zTvjDE0jA5v5jrry4Wi8Wm7Agjf6zGH/7/1EVELQQqQatQ="
  }]
}

签名作用域

在 Neo Legacy 中,交易签名是全局有效的,所有合约均可使用用户签名。为了让用户能更细粒度地控制签名的作用范围,Neo N3 新增了签名作用域(WitnessScope),对交易结构中的 signers 字段进行了变更,可实现签名只限于验证指定合约的功能,防止未经授权的合约随意使用用户签名。

Scopes

在构造交易时,需要指定 signers 参数中的 scopes 字段,其定义了签名的作用范围,包含的类型如下表所示。

名称说明
0x00 None 仅对交易签名,不允许任何合约使用该签名
0x01 CalledByEntry 签名只限于由 Entry 脚本调用的合约脚本,建议作为钱包的默认签名作用。
0x10 CustomContracts 自定义合约,在指定的合约中可以使用该签名。可与 CalledByEntry 配合使用。
0x20 CustomGroups 自定义合约组,在指定的合约组中可以使用该签名。可与 CalledByEntry 配合使用。
0x80 Global 签名全局有效,所有合约均可使用签名。风险极高,合约有可能会转移地址中的所有资产,仅在极其信任该合约时选择。
0x40 WitnessRules 用户自己指定验签规则和范围,参见下节说明。

为了更好地说明各类型,我们假设一条合约调用链为: [entry]->[合约A]->[合约B]->[合约C]...->[Target]

Target 合约调用 CheckWitness 验签,且用户赋予了签名。当 scopes 分别设置为以下值时,验签情况如下:

  • None - Target 合约位于任何位置时都不允许验签通过

  • Global - Target 合约位于任何位置时都允许验签通过

  • CallByEntry - Target 合约位于 entry合约A 时才允许验签通过

  • CustomContracts - 此时用户需要额外指定一个合约列表 CustomContracts ,仅当 Target 合约属于 CustomContracts 中时允许验签通过

  • CustomGroups - 此时用户需要额外指定一个 Group 公钥列表 CustomGroups ,仅当 Target 合约带有 CustomGroups 中任意一个公钥认证时,允许验签通过

WitnessRule

Action(Allow|Deny) 和 Condition (判断条件)

执行逻辑:先执行判断条件,如果符合,则返回Action,返回Allow代表验签成功,Deny代表验签失败。

WitnessCondition 判断条件

  • Boolean:true|false

    “expression” = <bool>

    // 等价于 WitnessScope.Global 
    { 
      "account": "NdUL5oDPD159KeFpD5A9zw5xNF1xLX6nLT", 
      "scopes": "WitnessRules", 
      "rules": [{ 
              "action": "Allow", 
              "condition": { 
                  "type": "Boolean", 
                  "expression": true 
              } 
          } 
      ] 
    } 
    
  • Not: 逻辑非,对其它条件求反

    “expression”=<Condition>

    // 只有当前合约不是 0xef4073a0f2b305a38ec4050e4d3d28bc40ea63f5 才允许使用签名 
    { 
      "account": "NdUL5oDPD159KeFpD5A9zw5xNF1xLX6nLT", 
      "scopes": "WitnessRules", 
      "rules": [{ 
              "action": "Allow", 
              "condition": { 
                  "type": "Not", 
                  "expression": { 
                      "type": "ScriptHash", 
                      "hash": "0xef4073a0f2b305a38ec4050e4d3d28bc40ea63f5" 
                  } 
              } 
          } 
      ] 
    }
    
  • And:逻辑与,连接其它条件求与

    “expressions”=<Condition[]>

    // 只有当前合约是 0xef4073a0f2b305a38ec4050e4d3d28bc40ea63f5 且在入口处调用时才允许使用签名 
    { 
      "account": "NdUL5oDPD159KeFpD5A9zw5xNF1xLX6nLT", 
      "scopes": "WitnessRules", 
      "rules": [{ 
              "action": "Allow", 
              "condition": { 
                  "type": "And", 
                  "expressions": [{ 
                          "type": "ScriptHash", 
                          "hash": "0xef4073a0f2b305a38ec4050e4d3d28bc40ea63f5" 
                      }, { 
                          "type": "CalledByEntry" 
                      } 
                  ] 
              } 
          } 
      ] 
    } 
    
  • Or:逻辑或,连接其它条件求或

    “expressions”=<Condition[]>

    // 只有当前合约是 0xef4073a0f2b305a38ec4050e4d3d28bc40ea63f5 或在入口处调用时才允许使用签名 
    { 
      "account": "NdUL5oDPD159KeFpD5A9zw5xNF1xLX6nLT", 
      "scopes": "WitnessRules", 
      "rules": [{ 
              "action": "Allow", 
              "condition": { 
                  "type": "Or", 
                  "expressions": [{ 
                          "type": "ScriptHash", 
                          "hash": "0xef4073a0f2b305a38ec4050e4d3d28bc40ea63f5" 
                      }, { 
                          "type": "CalledByEntry" 
                      } 
                  ] 
              } 
          } 
      ] 
    } 
    
  • ScriptHash:验证当前合约hash是否匹配,相当于 CustomContracts

    “hash”= <UInt160>

    // 只允许合约 0xef4073a0f2b305a38ec4050e4d3d28bc40ea63f5 使用签名 
    { 
      "account": "NdUL5oDPD159KeFpD5A9zw5xNF1xLX6nLT", 
      "scopes": "WitnessRules", 
      "rules": [{ 
              "action": "Allow", 
              "condition": { 
                  "type": "ScriptHash", 
                  "hash": "0xef4073a0f2b305a38ec4050e4d3d28bc40ea63f5" 
              } 
          } 
      ] 
    } 
    
  • Group:验证当前合约的公钥是否匹配,相当于 CustomGroups

    “group”=<ECPoint>

    // 只允许经过公钥 021821807f923a3da004fb73871509d7635bcc05f41edef2a3ca5c941d8bbc1231认证的合约使用签名 
    { 
      "account": "NdUL5oDPD159KeFpD5A9zw5xNF1xLX6nLT", 
      "scopes": "WitnessRules", 
      "rules": [{ 
              "action": "Allow", 
              "condition": { 
                  "type": "Group", 
                  "group": "021821807f923a3da004fb73871509d7635bcc05f41edef2a3ca5c941d8bbc1231" 
              } 
          } 
      ] 
    } 
    
  • CalledByEntry:验证当前合约是否为entry调用,相当于 CallByEntry

    // 等价于 WitnessScope.CallByEntry 
    { 
      "account": "NdUL5oDPD159KeFpD5A9zw5xNF1xLX6nLT", 
      "scopes": "WitnessRules", 
      "rules": [{ 
              "action": "Allow", 
              "condition": { 
                  "type": "CalledByEntry" 
              } 
          } 
      ] 
    } 
    
  • CalledByContract:验证当前合约的上一级合约hash是否匹配

    “hash”=<UInt160>

    // 只允许上级合约是 0xef4073a0f2b305a38ec4050e4d3d28bc40ea63f5 时使用签名 
    { 
      "account": "NdUL5oDPD159KeFpD5A9zw5xNF1xLX6nLT", 
      "scopes": "WitnessRules", 
      "rules": [{ 
              "action": "Allow", 
              "condition": { 
                  "type": "CalledByContract", 
                  "hash": "0xef4073a0f2b305a38ec4050e4d3d28bc40ea63f5" 
              } 
          } 
      ] 
    } 
    
  • CalledByGroup:验证当前合约的上一级合约公钥是否匹配

    “group”=<UInt160>

    // 只允许上级合约是公钥 021821807f923a3da004fb73871509d7635bcc05f41edef2a3ca5c941d8bbc1231 认证过的合约时使用签名 
    { 
      "account": "NdUL5oDPD159KeFpD5A9zw5xNF1xLX6nLT", 
      "scopes": "WitnessRules", 
      "rules": [{ 
              "action": "Allow", 
              "condition": { 
                  "type": "CalledByGroup", 
                  "group": "021821807f923a3da004fb73871509d7635bcc05f41edef2a3ca5c941d8bbc1231" 
              } 
          } 
      ] 
    }  
    

示例

该字段目前只能通过SDK构造交易时定义。为了帮助理解,可参考 JSON 格式的代码示例:

{
    "account": "NdUL5oDPD159KeFpD5A9zw5xNF1xLX6nLT",
    "scopes": "WitnessRules",
    "rules": [{
            "action": "Allow",
            "condition": {
                "type": "Not",
                "expression": {
                    "type": "And",
                    "expressions": [{
                            "type": "ScriptHash",
                            "hash": "0xef4073a0f2b305a38ec4050e4d3d28bc40ea63f5"
                        }, {
                            "type": "CalledByEntry"
                        }
                    ]
                }
            }
        }
    ]
}