以太坊交易Nonce设置

1 什么是nonce？

以太坊中的nonce有两个意义：

1.工作量证明：为了证明工作量的无意义的值，这是采矿的本质，这个值将决定采矿的难度，

2.账户的随机数：在一个账户中的防止多重交易的用途。例如一个交易从A到B 20个币，可能从A到B发送多次。

为了防止交易的重播攻击，每笔交易必须有一个nonce随机数，针对每一个账户nonce都是从0开始，当nonce为0的交易处理完之后，才会处理nonce为1的交易，并依次加1的交易才会被处理。以下是nonce使用的几条规则：

当nonce太小，交易会被直接拒绝。
当nonce太大，交易会一直处于队列之中，这也就是导致我们上面描述的问题的原因；
当发送一个比较大的nonce值，然后补齐开始nonce到那个值之间的nonce，那么交易依旧可以被执行。
当交易处于queue中时停止geth客户端，那么交易queue中的交易会被清除掉。

2 以太坊源码中关于Nonce的解读

以太坊在geth的console端使用eth.sendTransaction({from:addr1,to:addr2,value:money})的形式来转账ether的时候，会通过RPC调用到/ethapi/api.go中的函数SendTransaction():

// SendTransaction will create a transaction from the given arguments and
// tries to sign it with the key associated with args.To. If the given passwd isn't
// able to decrypt the key it fails.
func (s *PrivateAccountAPI) SendTransaction(ctx context.Context, args SendTxArgs, passwd string) (common.Hash, error) {if args.Nonce == nil {// Hold the addresse's mutex around signing to prevent concurrent assignment of// the same nonce to multiple accounts.s.nonceLock.LockAddr(args.From)defer s.nonceLock.UnlockAddr(args.From)}signed, err := s.signTransaction(ctx, args, passwd)if err != nil {return common.Hash{}, err}return submitTransaction(ctx, s.b, signed)
}

sendTransaction()继续调用submitTransaction()函数来执行交易：

// submitTransaction is a helper function that submits tx to txPool and logs a message.
func submitTransaction(ctx context.Context, b Backend, tx *types.Transaction) (common.Hash, error) {if err := b.SendTx(ctx, tx); err != nil {return common.Hash{}, err}if tx.To() == nil {signer := types.MakeSigner(b.ChainConfig(), b.CurrentBlock().Number())from, err := types.Sender(signer, tx)if err != nil {return common.Hash{}, err}addr := crypto.CreateAddress(from, tx.Nonce())log.Info("Submitted contract creation", "fullhash", tx.Hash().Hex(), "contract", addr.Hex())} else {log.Info("Submitted transaction", "fullhash", tx.Hash().Hex(), "recipient", tx.To())}return tx.Hash(), nil
}

submitTransaction()在sendTx()函数中发送交易。然后在判断交易地址是否为空，为空的则是创建合约的交易。

追踪sendTx()函数到/core/tx_pool.go中的addTx()函数，原来是通过addTx()将交易添加到交易池。

func (pool *TxPool) addTx(tx *types.Transaction, local bool) error {pool.mu.Lock()defer pool.mu.Unlock()// Try to inject the transaction and update any statereplace, err := pool.add(tx, local)if err != nil {return err}// If we added a new transaction, run promotion checks and returnif !replace {from, _ := types.Sender(pool.signer, tx) // already validatedpool.promoteExecutables([]common.Address{from})}return nil
}

addTx()首先调用add()将交易添加到交易池pool，如果成功，则调用promoteExecutables()函数去执行交易。promoteExecutables()函数关键代码是：

// Gather all executable transactions and promote them
for _, tx := range list.Ready(pool.pendingState.GetNonce(addr)) {hash := tx.Hash()log.Trace("Promoting queued transaction", "hash", hash)pool.promoteTx(addr, hash, tx)log.Info("lzj log:","hash",hash,"Nonce",pool.pendingState.GetNonce(addr))
}

这段代码收集所有可执行交易并且执行它们。pool.pendingState.GetNonce(addr)得到和地址addr相关的nonce范围N，N等于len(addr.nonces)) + addr.nstart，其实等于该地址已经发送成功的交易个数。list.Ready()函数将返回一个交易集合，这个集合中的所有交易都要求满足nonce不大于N。只有Nonce满足要求的交易才会被处理，就是通过pool.promoteTx(addr, hash, tx)执行交易。

3 Web3j等RPC方式设置Nonce的正确方式

一般的通过Web3j发起以太坊交易的方法是：

Transaction.createEtherTransaction(from,nonce,gasPrice,gasLimit,to,value);

其中的nonce得到方式是：

EthGetTransactionCount ethGetTransactionCount = ethClient.ethGetTransactionCount(from, DefaultBlockParameterName.LATEST).sendAsync().get();
BigInteger nonce = ethGetTransactionCount.getTransactionCount();

通过取得当前该账户发起过的交易次数，并设其为当前交易的Nonce值。

如果要在for循环里同时发起多笔交易，因为当前交易尚没有被处理成功，所以通过上述方法得到的Nonce将会与上一次交易的Nonce相同，如果这笔交易的Gas比上次交易大，则会替换上次交易，否则将会报如下错误：

transaction failed,info:replacement transaction underpriced

解决这个问题的方法是自己维护Nonce，同一个账户连续发送俩笔交易时，通过递增Nonce来防止Nonce重复。

此种方案也有限制条件。第一，由于nonce统一进行维护，那么这个地址必须是内部地址，而且发起交易必须通过统一维护的nonce作为出口，否则在其他地方发起交易，原有维护的nonce将会出现混乱。第二，一旦已经发出的交易发生异常，异常交易的nonce未被使用，那么异常交易的nonce需要重新被使用之后它后面的nonce才会生效。

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