交易结构与Gas机制

核心概念

什么是以太坊交易？

一句话定义: 交易是由EOA发起的、改变以太坊状态的签名指令。

类比理解: 就像银行转账单，包含发起人、收款人、金额、手续费，但还多了"执行指令"(data)的功能，可以调用智能合约。

为什么要理解交易和Gas？

• 每次链上操作都是交易，理解结构才能排查问题
• Gas费用直接影响用户体验和成本
• EIP-1559是以太坊重要升级，面试常考
• 开发DApp需要正确估算和设置Gas

交易结构详解

交易字段

Transaction (EIP-1559 Type 2)
├── chainId: 1 (主网)
├── nonce: 5 (发送者的第6笔交易)
├── maxPriorityFeePerGas: 2 Gwei (给验证者的小费)
├── maxFeePerGas: 50 Gwei (愿意支付的最高Gas价格)
├── gasLimit: 21000 (最大Gas用量)
├── to: 0x接收地址
├── value: 1000000000000000000 (1 ETH，单位Wei)
├── data: 0x (空=普通转账，有值=合约调用)
├── accessList: [] (EIP-2930访问列表)
└── v, r, s: 签名数据

字段详解

交易类型演进

EIP-1559 费用机制

核心创新

EIP-1559 (2021年8月伦敦升级) 彻底改变了以太坊的费用机制：

旧模式 (竞价模式):
用户出价 → 矿工选高价交易 → 费用全给矿工
问题: Gas价格波动大，用户难以预估

新模式 (EIP-1559):
Base Fee (算法定价) + Priority Fee (小费)
Base Fee 被销毁 → Priority Fee 给验证者
优势: 费用更可预测，ETH通缩

三个关键概念

1. Base Fee (基础费用)

• 定义: 由协议算法自动调整的最低Gas价格
• 特点: 这部分费用会被销毁，不给验证者
• 调整规则:
• 区块Gas使用 > 50%目标 → Base Fee上涨(最多12.5%)
• 区块Gas使用 < 50%目标 → Base Fee下降(最多12.5%)

区块目标: 15M Gas (50%容量)
区块容量: 30M Gas (100%容量)

示例:
区块1: 使用20M Gas (67%) → Base Fee +8%
区块2: 使用10M Gas (33%) → Base Fee -8%

2. Priority Fee / Tip (优先费/小费)

• 定义: 用户额外支付给验证者的小费
• 作用: 激励验证者优先打包你的交易
• 设置: 网络空闲时1-2 Gwei即可，拥堵时需要更高

3. Max Fee (最高费用)

• 定义: 用户愿意支付的Gas单价上限
• 公式: Max Fee ≥ Base Fee + Priority Fee
• 退款: 多付的部分会退还

费用计算公式

实际Gas价格 = Base Fee + Priority Fee
交易费用 = 实际Gas价格 × Gas Used

示例:
Base Fee = 20 Gwei
Priority Fee = 2 Gwei
Gas Used = 21000

交易费用 = (20 + 2) × 21000 = 462000 Gwei = 0.000462 ETH

其中:
- 销毁: 20 × 21000 = 420000 Gwei
- 给验证者: 2 × 21000 = 42000 Gwei

退款机制

设置:
maxFeePerGas = 50 Gwei
maxPriorityFeePerGas = 2 Gwei

实际:
Base Fee = 20 Gwei

计算:
实际支付 = 20 + 2 = 22 Gwei
退款 = 50 - 22 = 28 Gwei (每单位Gas)

Gas 详解

什么是Gas？

定义: Gas是衡量以太坊计算工作量的单位，每个操作消耗固定Gas。

类比: 就像汽车的燃油，不同操作(市区/高速)消耗不同油量，Gas价格就是油价。

常见操作Gas消耗

Gas Limit vs Gas Used

Gas Limit: 你愿意支付的最大Gas (设置值)
Gas Used: 实际消耗的Gas (执行后)

情况1: Gas Used < Gas Limit
→ 交易成功，多余Gas退还

情况2: Gas Used = Gas Limit (执行中耗尽)
→ 交易失败(Out of Gas)，Gas不退还！

建议: Gas Limit设置比预估高20%，避免失败

Nonce 机制

什么是Nonce？

定义: Nonce是账户发送交易的计数器，从0开始递增。

作用:

1. 防止重放攻击: 同一笔交易不能执行两次

2. 保证交易顺序: 必须按nonce顺序执行

3. 取消/加速交易: 用相同nonce覆盖pending交易

Nonce执行规则

当前账户nonce: 5 (已成功发送5笔交易)

发送 nonce=5 → ✅ 成功执行，nonce变为6
发送 nonce=6 → ⏳ 等待(nonce=5还没执行)
发送 nonce=4 → ❌ 失败(nonce太低，已用过)
发送 nonce=8 → ⏳ 等待(需要5,6,7先执行)

利用Nonce加速/取消交易

场景: 发了一笔低Gas交易，一直pending

方法1: 加速交易
→ 发送相同nonce、相同内容、更高Gas的新交易
→ 新交易被打包，旧交易作废

方法2: 取消交易
→ 发送相同nonce、to=自己、value=0、更高Gas
→ 相当于给自己转0 ETH，取消原交易

注意: Gas必须比原交易高，否则不会被替换

链上实操记录

操作1: 在Etherscan查看交易详情

步骤:

1. 打开 https://etherscan.io

2. 找一笔最近的交易

3. 分析各字段含义

观察示例:

Transaction Hash: 0x123...
Status: Success
Block: 18500000
From: 0xabc...
To: 0xdef...
Value: 0.1 ETH

Transaction Fee: 0.00042 ETH
Gas Price: 20 Gwei
Gas Limit & Usage: 21000 | 21000 (100%)

Burnt & Txn Savings Fees:
- Burnt: 0.00038 ETH (Base Fee部分)
- Txn Savings: 0.00012 ETH (退款)

操作2: 发送测试网交易观察Gas

步骤:

1. 在MetaMask切换到Sepolia

2. 发送0.001 ETH给另一个地址

3. 在发送前查看Gas设置

4. 在Sepolia Etherscan查看交易详情

观察:

• 测试网Gas很便宜
• 可以看到Base Fee和Priority Fee
• Gas Limit默认21000(ETH转账)

操作3: 优化GasTracker组件

改动:

• 添加Base Fee显示
• 添加Low/Average/Fast三档推荐
• 添加预估确认时间
• 添加自动刷新(30秒)
• 添加最后更新时间

今日思考

问题1: 为什么EIP-1559要销毁Base Fee？

• 控制ETH供应: 交易越多，销毁越多，可能导致通缩
• 减少矿工操纵: 矿工无法通过发垃圾交易赚取费用
• 价值回馈: 销毁相当于让所有ETH持有者受益
• 实际效果: 高峰期ETH销毁量可超过新发行量

问题2: Gas Limit设置多少合适？

• ETH转账: 21000 (固定)
• 合约交互: 查看历史类似交易，+20%余量
• 复杂操作: 使用eth_estimateGas预估，+30%余量
• 设太低: 交易失败，Gas不退
• 设太高: 没关系，多余会退还

问题3: 交易一直pending怎么办？

1. 等待: 网络拥堵时会慢，可以等

2. 加速: 用相同nonce发更高Gas的交易

3. 取消: 用相同nonce发给自己的0 ETH交易

4. MetaMask: 有内置的加速/取消按钮

学习资源

视频教程

文档阅读

工具网站

面试题准备

Q: 什么是EIP-1559？解决了什么问题？

30秒版本:

EIP-1559是2021年的以太坊升级，将Gas费分为Base Fee(销毁)和Priority Fee(给验证者)。解决了旧模式下Gas价格波动大、难以预估的问题，同时通过销毁机制让ETH可能通缩。

2分钟版本:

• 背景: 旧模式是竞价制，用户出价、矿工选高价，导致Gas价格波动大
• 改进:
• Base Fee由协议算法自动调整，可预测
• Priority Fee是给验证者的小费，用户自设
• Base Fee被销毁，不再给验证者
• 好处:
• 费用更可预测(知道Base Fee就能估算)
• ETH可能通缩(高峰期销毁>发行)
• 减少矿工操纵空间
• 数据: 截至目前已销毁超过300万ETH

可能追问:

• Base Fee如何调整? → 区块使用>50%则涨，<50%则跌，每次最多12.5%
• 什么是Ultra Sound Money? → 指ETH因销毁变得通缩，比"Sound Money"(BTC)更稀缺

Q: 如何加速一笔pending的交易？

30秒版本:

发送一笔相同nonce但更高Gas的新交易。新交易会替换旧交易被打包，旧交易作废。MetaMask有内置的加速按钮可以一键操作。

2分钟版本:

• 原理: 同一nonce只有一笔交易能成功，Gas高的更容易被打包
• 操作步骤:

1. 记录pending交易的nonce

2. 发送新交易: 相同nonce、相同to/value/data、更高Gas

3. 新交易被打包后，旧交易自动失效

• 取消交易: 发送相同nonce、to=自己、value=0的交易
• 注意事项:
• 新交易Gas必须比旧交易高(通常+10%以上)
• 要快速操作，否则旧交易可能先被打包
• 工具: MetaMask/Rabby都有一键加速/取消功能

Q: Gas Limit设置太低会怎样？

30秒版本:

交易会因Out of Gas失败，但已消耗的Gas不会退还。所以Gas Limit要设置足够高，建议比预估值高20-30%。

代码实践

今日代码改动

文件: src/components/GasTracker.tsx

改动说明:

优化GasTracker组件，添加EIP-1559相关信息展示

新增功能:

• Base Fee显示(EIP-1559核心)
• Low/Average/Fast三档Gas推荐
• 预估确认时间
• 30秒自动刷新
• 最后更新时间显示

关键代码:

interface GasData {
  baseFee: number    // Base Fee
  low: number        // SafeGasPrice
  average: number    // ProposeGasPrice
  fast: number       // FastGasPrice
}

// 从Etherscan API获取
const baseFee = parseFloat(result.suggestBaseFee)
const low = parseFloat(result.SafeGasPrice)
const average = parseFloat(result.ProposeGasPrice)
const fast = parseFloat(result.FastGasPrice)

明日预告

Day 4: EVM原理与账户模型深入

• EVM执行原理
• 状态树(State Trie)
• 在Etherscan查看交易详情
• 理解Input Data