以太坊账户详解

实际上以太坊是为了实现智能合约而提炼的账户模型。 以账户为单位，安全隔离数据。 账户间信息相互独立，互不干扰。 再配合以太坊虚拟机，让智能合约沙盒运行。

以太坊作为智能合约操作平台，将账户划分为两类：外部账户（EOAs）和合约账户（contract account）。

一、账户基本概念

1.1 外部账户

外部账户(external owned accouts)是由我们通过私钥创建的账户。 是真实世界的金融账户的映射，拥有该账户私钥的任何人都可以控制该账户。 如同银行卡，到ATM机取款时只需要密码输入正确即可交易。 这也是人类与以太坊账本沟通的唯一媒介，因为以太坊中的交易需要签名， 而只能使用拥有私有外部账户签名。

外部账户特点总结：

1. 拥有以太余额。
2. 能发送交易，包括转账和执行合约代码。
3. 被私钥控制。
4. 没有相关的可执行代码。

1.2 合约账户

合约账户则是含有合约代码的账户。 被外部账户或者合约创建，合约在创建时被自动分配到一个账户地址， 用于存储合约代码以及合约部署或执行过程中产生的存储数据。 合约账户地址是通过SHA3哈希算法产生，而非私钥。 因无私钥，因此无人可以拿合约账户当做外部账户使用。 只能通过外部账户来驱动合约执行合约代码。

合约账户特点总结：

1. 拥有以太余额。
2. 有相关的可执行代码（合约代码）。
3. 合约代码能够被交易或者其他合约消息调用。
4. 合约代码被执行时可再调用其他合约代码。
5. 合约代码被执行时可执行复杂运算，可永久地改变合约内部的数据存储。

1.3 差异对比

综上，下面表格列出两类账户差异，合约账户更优于外部账户。 但外部账户是人们和以太坊沟通的唯一媒介，和合约账户相辅相成。

上面有列出多重签名，是因为以太坊外部账户只由一个独立私钥创建，无法进行多签。 但合约具有可编程性，可编写符合多重签名的逻辑，实现一个支持多签的账户。

二、帐户创建

2.1 外部账户创建

当你想要创建一个帐户时，大多数库将生成一个随机的私钥。

私钥由 64 个十六进制字符组成，可以用密码加密保存。

例如：

fffffffffffffffffffffffffffffffebaaedce6af48a03bbfd25e8cd036415f

使用椭圆曲线数字签名算法从私钥生成公钥。 通过获取公钥 Keccak-256 哈希的最后 20 个字节并校验码前面添加 0x，可以为帐户获取公共地址。

// PubkeyToAddress 公钥转地址方法
func (p *PublicKey) ToAddress() Address {
	pubBytes := p.FromECDSAPub()
	i := sha3.Keccak256(pubBytes[1:])[12:]
	return BytesToAddress(i)
}

地址具体生成细节可参考： 以太坊地址生成

下面是使用 GETH 的 personal_newAccount 在控制台中创建一个帐户的例子

> personal.newAccount()
Passphrase:  输入账户密码
Repeat passphrase:  再次输入账户密码
"0x0dd26b4f63f9362314b708816a6aa18a04442679"  得到账户地址

> personal.newAccount(123456)
"0x5942bd5c577b569e27dd789b50b7d8824fe399ea"

geth指令详情可查看 geth文档

2.2 合约账户创建

下面是合约地址生成算法：Keccak256(rlp([sender,nonce])[12:]

// https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/master/crypto/crypto.go

func CreateAddress(b common.Address, nonce uint64) common.Address {
    data, _ := rlp.EncodeToBytes([]interface{}{b, nonce})
    return common.BytesToAddress(Keccak256(data)[12:])
}

因为合约由其他账户创建，因此将创建者地址和该交易的随机数进行哈希后截取部分生成。

特别需要注意的是，在EIP1014中提出的另一种生成合约地址的算法。 其目的是为状态通道提供便利，通过确定内容输出稳定的合约地址。 在部署合约前就可以知道确切的合约地址。下面是算法方法:

keccak256( 0xff ++ address ++ salt ++ keccak256(init_code))[12:]。

// https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/master/crypto/crypto.go

// CreateAddress2 creates an ethereum address given the address bytes, initial
// contract code hash and a salt.
func CreateAddress2(b common.Address, salt [32]byte, inithash []byte) common.Address {
	return common.BytesToAddress(Keccak256([]byte{0xff}, b.Bytes(), salt[:], inithash)[12:])
}

三、账户数据结构

3.1 账户状态

账户的状态(Acccount State)描述了一个账户当前的情况。以太坊公链时时刻刻跟踪并维护着每一个账户的状态。 一个账户在初次接收或者发出交易后，都会形成初始状态。随着时间的推移，每次针对该账户的交易将不断修改其状态。

注：总结而言，每一个账户在数据结构上具有两个元素：一个公开地址，一个与该地址关联的状态。

在程序逻辑上两类账户的数据结构一致，包含四大元素：

1. nonce：已执行交易总数，用来标示该账户发出的交易数量；
2. balance：持币数量，记录用户的以太币余额；
3. storageRoot hash：存储区的哈希值，指向智能合约账户的存储数据区；
4. code hash：代码区的哈希值，指向智能合约账户存储的智能合约代码。

//github.com/ethereum/go-ethereum/core/types/account.go

type Account struct {
    Nonce    uint64
    Balance  *big.Int
    Root     common.Hash
    CodeHash []byte
}

以太坊数据以账户为单位组织，账户数据的变更引起账户状态变化。 从而引起以太坊状态变化。

以太坊状态数据：

基于状态机模型，以太坊网络已变成一个依靠矿工维护的去中心化的大型状态机。在任意时刻，只会处于一个状态中，全世界唯一的状态。我们把这个状态机，称之为以太坊世界状态，代表着以太坊网络的全局状态。

世界状态(state)由无数的账户信息组成，每个账户均存在一个唯一的账户信息。账户信息中存储着账户余额、Nonce、合约哈希、账户状态等内容，每个账户信息通过账户地址影射。 从创世状态开始，随着将交易作为输入信息，在预设协议标准（条件）下将世界态推进到下一个新的状态中。

世界状态中存储了哪些内容：

首先，以太坊中有两种级别的状态，一个是顶级的世界状态，另一个是账户级的账户状态。账户状态中存储账户信息：

1. nonce: 这个值等于由此账户发出的交易数量，或者由这个账户所创建的合约数量(当这个账户有关联代码时)。
2. balance: 表示这个账户账户余额。
3. storageRoot: 表示保存了账户存储内容的 MPT 树的根节点的哈希值。
4. codeHash: 表示账户的 EVM 代码哈希值，当这个地址接收到一个消息调用时，这些代码会被执行; 它和其它字段不同，创建后不可更改。如果 codeHash 为空，则说明该账户是一个简单的外部账户，只存在 nonce 和 balance。

在程序逻辑上两类账户的数据结构一致：

//github.com/ethereum/go-ethereum/core/types/account.go

type Account struct {
    Nonce    uint64
    Balance  *big.Int
    Root     common.Hash
    CodeHash []byte
}

但在数据存储上稍有不同， 因为外部账户无内部存储数据和合约代码，因此外部账户数据中 StateRootHash 和 CodeHash 是一个空默认值。 一旦属于空默认值，则不会存储对应物理数据库中。 在程序逻辑上，存在code则为合约账户。 即 CodeHash 为空值时，账户是一个外部账户，否则是合约账户。

3.2 账户状态结构

下图显示了外部账户与合约账户的账户状态。