iT邦幫忙

2023 iThome 鐵人賽

DAY 11
0
Web 3

Web3 全端工程師的技術養成之路系列 第 11

Day 11 - Web3 與後端:簽名與發送交易

  • 分享至 

  • xImage
  •  

前一天我們完成在後端產生錢包註記詞、私鑰、讀取代幣餘額的實作,今天就會來實作簽名並發送交易的功能,才能完成在區塊鏈上的寫入,作為 Web3 與後端第一部分的結尾。為了產生完整的交易,除了 from address, to address, value 之外,還有像是 nonce, gas price, gas limit, chain ID 等等元素是不可或缺的,在前端的部分沒有講到是因為 wagmi 與 Metamask 已經幫我們處理好這些資料的計算,而在後端這些數值就需要自己算出來。

取得 Nonce

Nonce 的概念是對於一個固定的錢包地址來說,他發送的第一個交易 Nonce 就必須為 0,第二個 Nonce 為 1 以此類推,因此 Nonce 是嚴格遞增且不能被重複使用的。這個機制也是為了避免 replay attack。想像一下如果 A 簽名了一個轉移 1 ETH 給 B 的交易並廣播出去,如果這個交易的簽章還能重複使用的話,B 就能再廣播一次這個交易讓 A 多轉 1 ETH 給他。有的 Nonce 機制就可以確保 A 要送出的下一個交易的簽名一定跟之前交易的簽名不一樣(因為 Nonce 不一樣就會讓整個交易 hash 出來的結果不一樣)

我的地址為例,如果拉到最早以前的交易紀錄,這四筆交易從下往上的 Nonce 分別是 200334, 0, 1, 2,最下面那筆的 Nonce 值很大因為這是水龍頭轉 ETH 給我的交易,代表這個水龍頭地址已經發出超過 20 萬筆交易。再來三筆是我做的前三個操作,因此 Nonce 分別是 0, 1, 2。

https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20230920/201622942mahcazNME.png

至於要怎麼從鏈上取得一個錢包地址的 Nonce 呢?可以使用 go-ethereum 中的 github.com/ethereum/go-ethereum/ethclient 來連到一個以太坊的 JSON RPC node,並透過 PendingNonceAt function 來拿到下一筆交易應該要用什麼 Nonce。這裡的 JSON RPC 一樣使用前面註冊的 Alchemy 即可,並從環境變數載入 ALCHEMY_API_KEY

// connect to json rpc node
client, err := ethclient.Dial("https://eth-sepolia.g.alchemy.com/v2/" + os.Getenv("ALCHEMY_API_KEY"))
if err != nil {
	log.Fatal(err)
}

// get nonce
nonce, err := client.PendingNonceAt(context.Background(), common.HexToAddress(account.Address.Hex()))
if err != nil {
	log.Fatal(err)
}
fmt.Printf("Got nonce: %d\n", nonce)

取得 Gas Fee

在以太坊上執行任何交易、智能合約操作時,都需要支付一定的費用,這個費用被稱為 Gas Fee。在發送交易時,他是由 Gas Price 及 Gas 數量這兩個數值相乘算出來的。

在以太坊上進行任何操作時,這些操作其實是由底層的 EVM code 所組成,這是以太坊中類似組合語言的存在。而每個操作都有他對應的 Gas 數量作為這個操作的費用,例如 ADD 指令(加法)花費 3 個 gas、MUL 指令(乘法)花費 5 個 gas。而一筆交易中會執行到的所有指令的 Gas 總合就是這筆交易需花費的 Gas 數量。例如一筆簡單的轉帳交易需要的 Gas 數量通常是 21000,複雜的智能合約操作就需要更多的 Gas。

Gas Price 指的是你願意為每單位的 Gas 支付多少金額,通常以 Gwei 來表示(Wei 是 ETH 的最小單位也就是 10^-18 ETH,因此 10^9 Wei = 1 Gwei10^9 Gwei = 1 ETH)。交易指定的 Gas Price 越高,交易確認的速度通常也越快,因為礦工更願意優先確認這筆交易以獲得更高的獎勵。

因此在發送交易時我們需要指定 Gas Limit 跟 Gas Price,Gas Limit 指的就是這筆交易最多只能使用多少個 Gas 單位,因此這樣就能算出一筆交易最多會花多少手續費。例如假設進行一個 Swap 交易要花 80,000 個 Gas,而當下以太坊的 Gas Price 為 20 Gwei,那就可以計算出這筆交易的手續費會是 80000 * 20 * 10^-9 = 0.0016 ETH ,再乘上當下 ETH 的價格 1629 USD 就可以算出大約要花 2.61 USD 的手續費。

若設定的 Gas Limit 太低,交易可能因為沒有足夠的 Gas 而失敗,但還是需要支付已經消耗的 Gas 費用(交易會上鏈但在 Etherscan 上會顯示交易失敗,而且 Gas Fee 照扣)。若 Gas Price 設定的太高可能會花不必要的錢,但太低又可能會讓交易要等很久才上鏈,因此正確設定 Gas 的參數非常重要。

ethclient 物件中可以使用SuggestGasPrice方法來查詢當前的 Gas Price,以及 EstimateGas 方法可以估算這筆交易大約會花多少 Gas,而有時為了確保交易成功會再基於這個值往上加一些 Gas。

// get gas price
gasPrice, err := client.SuggestGasPrice(context.Background())
if err != nil {
	log.Fatal(err)
}
fmt.Printf("Got gas price: %d\n", gasPrice)

// estimate gas
amountToSend := big.NewInt(1000000000000000) // 0.001 eth in wei
estimateGas, err := client.EstimateGas(context.Background(), ethereum.CallMsg{
	From:  common.HexToAddress(account.Address.Hex()),
	To:    nil,
	Value: amountToSend,
	Data:  nil,
})
if err != nil {
	log.Fatal(err)
}
fmt.Printf("Estimated gas: %d\n", estimateGas)

取得 Chain ID

當我們說一條鏈是 EVM 相容時(例如以太坊主網、Sepolia 測試網、Polygon、Arbitrum 等鏈),代表像私鑰格式、地址、交易簽名方式、智能合約的程式碼等等執行層的機制都是跟以太坊幾乎一樣的(差異可能較多是在共識層也就是節點之間如何達成共識、挖礦機制等等),一個很大的好處是開發者可以在不同的鏈上都部署相同的智能合約,而不需要做任何修改,甚至部署的合約地址在各條 EVM 相容的鏈都可以一模一樣。

但為了確保交易的安全性(避免 replay attack),每條 EVM 相容的鏈需要有自己獨特的 Chain ID,才能用來在交易中區分不同的 EVM 鏈。而 Chain ID 的概念是在 EIP-155 中定義的,他讓交易的簽名計算中多包含了 Chain ID,這樣即使交易在以太坊主網上有效,它也不能被重放到其他鏈上,因為每個鏈的 Chain ID 都是獨特的。

chainlist 是一個知名的網站,上面列出了許多 EVM 相容的鏈,並提供了他們的節點 JSON-RPC 網址、Chain ID、區塊鏈瀏覽器(Explorer)連結等資訊。對於要新增 EVM 相容鏈到錢包 Extension 時是個很有用的工具。在裡面搜尋 Sepolia 並勾選 Include Testnets 就可以看到他對應的 Chain ID 是 11155111。

https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20230920/20162294mSdDww2DPo.png

簽名與發送交易

接下來是組出交易並用私鑰簽名的過程,以下先考慮最單純的送出 ETH 給另一個地址的交易,簽名過的交易可以被廣播到區塊鏈上,就會有礦工負責將其包入新的區塊做確認。因此程式碼中主要分成四步:

  1. 建立交易: 根據前面取得的值設定交易參數,如目標地址、金額、Gas Limit 和 Gas Price
  2. 簽名交易: 使用 NewEIP155Signer 簽名交易
  3. 廣播交易: 將簽名的交易廣播到 Sepolia 鏈上。
  4. 等待交易確認: 透過檢查該交易 hash 的 Transaction Receipt 來查詢交易是否已被確認。
// create transaction
tx := types.NewTransaction(
	nonce,
	common.HexToAddress("0xE2Dc3214f7096a94077E71A3E218243E289F1067"),
	amountToSend,
	estimateGas,
	gasPrice,
	[]byte{},
)
chainID := big.NewInt(11155111)
signedTx, err := types.SignTx(tx, types.NewEIP155Signer(chainID), privateKey)
if err != nil {
	log.Fatal(err)
}

// broadcast transaction
err = client.SendTransaction(context.Background(), signedTx)
if err != nil {
	log.Fatal(err)
}
fmt.Printf("tx sent: %s\n", signedTx.Hash().Hex())

// wait until transaction is confirmed
var receipt *types.Receipt
for {
	receipt, err = client.TransactionReceipt(context.Background(), signedTx.Hash())
	if err != nil {
		fmt.Println("tx is not confirmed yet")
		time.Sleep(5 * time.Second)
	}
	if receipt != nil {
		break
	}
}
// Status = 1 if transaction succeeded
fmt.Printf("tx is confirmed: %v. Block number: %v\n", receipt.Status, receipt.BlockNumber)

在用 types.NewTransaction 建立交易時,data 的欄位先給他空陣列,未來會再講到更複雜的交易要如何組出 data。有了這些程式碼後,再記得用 export ALCHEMY_API_KEY=xxx 來設定環境變數,以及加上註記詞的輸入機制來指定錢包,就可以成功發出交易了!

https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20230920/20162294ao43gx7cqG.png

到 Sepolia Etherscan 上查看,可以確實看到這筆交易被包含在第 4223919 個區塊中: https://sepolia.etherscan.io/tx/0x8577655af7c73ddc988960833522f115cd959f10b2c8656cb6d6e0036cb51a9d

小結

今天我們已經釐清發送一個交易到以太坊上所需知道的細節,計算出所有需要的值並成功發送交易、等待上鏈,完整的程式碼在這裡。第一部分後端與 Web3 的介紹就先告一段落,未來的內容會再介紹要如何發出更複雜的交易。明天開始會進入到 Web3 與 App 端的開發相關技術,也預告一下會介紹 EVM 以外的鏈如何產生錢包與簽名,畢竟除了 EVM 鏈以外還是有很多常用的鏈。


上一篇
Day 10 - Web3 與後端:建立錢包與取得 Token Balance
下一篇
Day 12 - Web 3 與 App:創多鏈錢包與發送交易
系列文
Web3 全端工程師的技術養成之路30
圖片
  直播研討會
圖片
{{ item.channelVendor }} {{ item.webinarstarted }} |
{{ formatDate(item.duration) }}
直播中

尚未有邦友留言

立即登入留言