深入剖析,以太坊账户源码的核心实现与机制_必安交易所-比安手机app下载-bi安交易所注册

以太坊作为全球领先的智能合约平台，其核心在于账户模型的设计与管理，理解以太坊账户的源码实现，对于深入把握以太坊的工作原理、安全机制以及开发安全可靠的DApp至关重要，本文将基于以太坊客户端（以Go客户端geth为例）的源码,对以太坊账户的核心实现与机制进行深入分析。

以太坊账户模型概览

在深入源码之前，我们先简要回顾以太坊的账户模型,以太坊主要有两种账户类型：

外部账户 (Externally Owned Accounts, EOAs)：由用户通过私钥控制，没有关联的代码，发起交易、部署合约等操作通常由EOAs驱动，其标识是地址（Address）。
合约账户 (Contract Accounts)：由智能合约代码控制，拥有状态（State），可以通过接收交易或调用其他合约来改变自身状态，其标识也是地址（由创建者地址和nonce等生成）。

这两种账户共同构成了以太坊的状态基础，所有账户信息都存储在以太坊的MPT（Merkle Patricia Trie）状态数据库中。

账户数据结构：`Account` 与 `StateObject`

在以太坊Go客户端（如geth）的core/state包中，账户的核心数据结构是Account和StateObject。

`core/types.Account` 结构体

这个结构体定义了账户在状态 trie 中存储的基本数据格式,它是一个序列化的结构：

// Account represents an account in the state database.
type Account struct {
    Nonce    uint64
    Balance  *big.Int
    Root     common.Hash // Merkle root of the storage trie
    CodeHash common.Hash
}

Nonce：一个递增的计数器，用于防止重放攻击，对于EOA，它代表该账户发起的交易数量；对于合约账户,它代表该账户创建的合约数量。
Balance：账户持有的以太币数量,以wei为单位。
Root：存储合约账户数据的Merkle Patricia Trie的根哈希，对于EOA,此值为空。
CodeHash：账户代码的哈希值，对于EOA，此值为空字符串的哈希；对于合约账户,此值为合约代码的哈希。

这个Account结构体是状态数据库中存储的“信息。

`core/state.StateObject` 结构体

StateObject则是内存中账户对象的表示，它包含了Account结构体的信息，并提供了更多的方法和功能,用于修改和查询账户状态。

// StateObject represents an Ethereum account object in the state trie.
type StateObject struct {
    address  common.Address
    data     Account
    db       Database
    dbErr    error
    dirty    bool // 是否已被修改
    deleted  bool // 是否已被删除
    onDirty  func(addr common.Address) // 当状态改变时的回调函数
    // 以下字段用于合约账户
    code     Code
    storage  map[common.Hash]common.Hash // 合约的存储槽
    storageDirty map[common.Hash]struct{} // 标记哪些存储槽被修改
}

address：账户地址。
data：嵌入的Account结构体,包含账户的基本信息。
db：指向底层数据库（通常是MPT状态数据库）的接口,用于持久化状态变更。
dirty/deleted：标记账户状态是否被修改或删除,用于后续的状态提交。
onDirty：回调函数,在账户状态改变时触发。
code：合约账户的代码（Code类型，包含字节码和哈希）。
storage/storageDirty：合约账户的存储槽及其修改标记。

StateObject是账户状态在内存中的“活性”代表，所有对账户状态的修改（如转账、合约调

用读写存储）都通过StateObject进行。

账户的创建与管理

账户的创建

EOA创建：EOA由用户通过导入私钥或创建新钱包生成，其Nonce从0开始，Balance初始为0（或转入一定数量），Root和CodeHash为空。
合约账户创建：当EOA发送一个创建合约的交易时，以太坊节点会执行以下步骤：
1. 创建一个新的合约账户地址（基于创建者地址和创建者的Nonce）。
2. 初始化该合约账户的StateObject，设置Nonce为1（因为创建了一个合约），Balance通常为0（除非在构造函数中转入），Root初始化为空（对应一个空的存储trie），CodeHash为空字符串的哈希。
3. 将合约的字节码部署到该账户，并更新CodeHash为字节码的哈希。
4. 执行合约的构造函数（init code）,修改合约账户的存储状态。
5. 将修改后的StateObject标记为dirty,等待写入状态数据库。

账户的加载与更新

在以太坊节点处理交易或查询状态时,需要从数据库中加载账户信息：

加载：通过账户地址从MPT状态数据库中读取Account结构体数据，然后将其封装成StateObject对象加载到内存中。
更新：对StateObject的字段（如Balance、Nonce、合约的storage）进行修改，每次修改后，StateObject会被标记为dirty。
提交：当需要持久化状态时（如区块打包完成），所有被标记为dirty的StateObject会被重新序列化为Account结构体，并更新到MPT状态数据库中，对于合约账户，其storage的修改也会被组织成一个单独的存储MPT，并更新其Root哈希。

账户状态的核心操作

余额转移

当一笔转账交易被处理时：

从发送方EOA的StateObject中扣除相应数量的Balance，并增加其Nonce。
从接收方账户（可能是EOA或合约账户）的StateObject中增加相应数量的Balance。
双方的StateObject都会被标记为dirty。

合约存储读写

当调用合约并读写其存储时：

加载合约账户的StateObject。
读取：根据指定的key（存储槽索引），从storage map中获取对应的value。
写入：根据指定的key和value，更新storage map，并将该key标记为dirty（存储在storageDirty中）。
合约账户的StateObject本身也会被标记为dirty。

账户代码的管理

合约账户的代码是其核心。StateObject中的Code字段通常是一个Code结构体,包含：

codeHash：代码的哈希,用于快速验证。
code：实际的字节码（可能为nil，如果未加载或通过codehash可以获取）。

当部署合约或执行合约时，字节码会被设置到StateObject的Code字段中，并更新data.CodeHash，以太坊会利用CodeHash来缓存和验证代码,避免重复存储和加载。

源码中的关键包与函数

分析以太坊账户源码,主要关注以下几个关键包和函数：

core/state：定义了Account、StateObject等核心结构体，以及账户状态的加载、更新、提交逻辑。
- (*StateDB).GetStateObject(addr common.Address) *StateObject：根据地址获取账户对象。
- (*StateDB).CreateAccount(addr common.Address)：创建新账户（通常用于合约创建）。
- (*StateObject).AddBalance(amount *big.Int) / (*StateObject).SubBalance(amount *big.Int)：修改余额。
- (*StateObject).SetState(key, value common.Hash) / (*StateObject).GetState(key common.Hash) common.Hash：读写合约存储。
- (*StateDB).Commit()：将所有状态变更提交到数据库。
core/types：定义了交易（Transaction）、区块（Block）等类型，其中交易中包含了发送方地址、接收方地址、Nonce、金额等信息,这些信息直接关联到账户操作。
ethdb：定义了数据库接口，如Database，StateDB通过它与底层存储（如LevelDB）交互。

总结与展望

通过对以太坊账户源码的剖析,我们可以看到：

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