[图文]深入讲解 IOTA 如何发起一笔交易

之前的文章中我们已经了解了 IOTA 如何进行交易。 但我决定制作一个图文版本,以确保大家能够更详细的了解其工作原理。

在开始之前请务必先行阅读以下两篇文章:

  1. Bundles – IOTA Documentations
  2. Making a Transaction – IOTA Documentations

上列链接可以让你了解有关 IOTA 交易的基本知识。

我们(假设)的交易场景

同学 A 有一个 Seed:A_SECRET_SEED,有 100i 包含在与这个 Seed 有关的 4 个不同的地址中:

Seed :A_SECRET_SEED
地址[0] :AAAAAA ...... AAA, 余额 :10
地址[1] :BBBBBB ...... BBB, 余额 :5
地址[2] :CCCCCC ...... CCC, 余额 :25
地址[3] :DDDDD ...... DDD, 余额 :60
地址[4] :EEEEEE ...... EEE, 余额 :0

同学 B 有一个 Seed:B_SECRET_SEED ,其地址中包含 0i:

Seed :B_SECRET_SEED
地址[0] :QQQQQQ ...... QQQ, 余额 :0
地址[1] :QQQQQQ ...... VVV, 余额 :0

现在,同学 A 要发送 80i 到同学 B 的地址:[0] QQQQQQ ...... QQQ 。

IOTA 如何构建上述交易呢?

一、制作 transaction bundle

Bundle 是交易的单位,有三种不同型态的交易,分别是输入(Input),输出(Output),以及元/普通交易(meta transactions)。

  • 输入:交易额为负数(提供交易额的交易)
  • 输出:交易额为正数(接收交易额的交易)
  • 元/普通:交易额为 0,可作为承载签名的交易,或作为存放其他信息的交易。

对于我们的场景,首先我们需要准备 输出 交易,这意味着我们要把 80i IOTA 发送到同学 B 的地址:

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输出 80i IOTA 的交易到 B 的地址

接下来,我们需要准备输入交易。在我们的场景中,我们需要使用包含 IOTA (10 + 5 + 25 + 60 > 80) 的全部四个地址来实现输出值 80i。

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四个输入交易将 value 花费到 B 的地址

但是我们的输入交易需要包含交易签名,默认的地址安全级别为 2,这意味着我们需要一个额外的元交易来承载交易签名,我们来添加它:

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添加所有带有 0 value 元交易的输入交易来承载安全级别为 2 的签名

我们还没有完成,现在我们有一个未结算的的 bundle。稍微计算一下,我们有 10 + 5 + 25 + 60 = 100 IOTA输入和 80 IOTA 输出,这意味着这个 bundle 仍然有 100 - 80 = 20 IOTA 未花费(unspend)。我们就需要一个额外的交易来接收这个未花费的 IOTA。

在正常的连续情况下,IOTA 将从同学 A 的 Seed 中获得一个新的地址,并使用未花费的 value 进行交易:

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未花费交易

很好,现在我们得到了结算的 bundle。如您所见,在以前的交易中,我们没有填充 bundle hash 和其他信息。下一步,我们将完成 bundle 以获取 bundle hash。

二、完成 Bundle

在这一步中,我们将填充 transaction index、last index,并通过 Kerl hash 函数生成 bundle hash。

[图文]深入讲解 IOTA 如何发起一笔交易
填充 index 和 last index

交易验证项(Transaction validate items)包括:Address、value、obsolete tag、timestamp、index 和 last index。Kerl hash 函数使用海绵体构造函数(sponge constructor),所以它会逐个吸收交易验证项(顺序很重要),然后挤压出结果。

[图文]深入讲解 IOTA 如何发起一笔交易
使用 Kerl hash 函数和交易验证项来生成 bundle hash

我知道你会对这个计算有意见,为了更精确的计算hash函数的吸收和挤压,请访问维基关于 SHA-3 的内容

此外,在获取 bundle hash 的步骤中,它会检查 bundle hash 是否安全。如果不是,它将增加 tail 交易(index 0 交易)的 obsolete tag 并重新生成 hash。

在我们得到 bundle hash 之后,我们需要填写 bundle 中的所有交易,因此我们得到:

[图文]深入讲解 IOTA 如何发起一笔交易
填充 bundle hash 到所有交易

三、签署输入交易的签名

接下来,我们需要使用对应的地址“私钥”签署输入交易。我们可以使用 A_SECRET_SEED 从密钥生成器(key generator)获取地址私钥(address private key)。从地址私钥,我们可以使用带有私钥和 bundle hash 的签名片段生成器(Signature Fragment Generator)来获取交易签名。

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使用密钥生成器获得签名片段生成器
[图文]深入讲解 IOTA 如何发起一笔交易
用相应的签名片段生成器填写签名到每个输入交易

至此,我们就完成了制作 Bundle 的所有步骤。

四、 获得两个 tips :trunk 和 branch

本文不会详细介绍 MCMC 算法,认为这是一个黑盒,我们可以通过 getTransactionsToApprove 从 IRI 获得两个 tips。

五、工作量证明

在最后一步中,我们需要填充 trunk、branch,并在 bundle 中的每个交易中找到 nonce (工作量证明在此!)

正如 bundle 文档中提到的,bundle 是在 tangle 中的一个原子转移项(atomic transfer item),这意味着在一个 bundle 中,它们会有相同的 tips。

然后,它会遍历 bundle 中的所有交易,从 last index 到 0 index,以填充 trunk、branch hash、timestamp,然后执行 PoW(pearlDiver,IOTA 的 nonce 搜寻算法) 以查找 nonce 并生成交易 hash,然后验证 PoW 结果。

[图文]深入讲解 IOTA 如何发起一笔交易
为所有交易填写 trunk,branch,timestamp(是的,再一次)
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Pearl Diver 会去查找合适的 nonce, 直到该交易 hash 的尾数 0-trits 数量符合难度规则
[图文]深入讲解 IOTA 如何发起一笔交易
最后填充 nonce,我们可以得到交易hash

Last index 的 transaction trunk 和 branch hash 将是我们前面得到的 tips。其他交易的 trunk 将是前面交易的 hash,而 branch hash 是来自 trunk 交易的 tips。

[图文]深入讲解 IOTA 如何发起一笔交易
bundle 中的 trunk 与 branch 状况图

如果一切顺利的话,我们就可以得到所有字段都已填充的完整交易 trytes(交易字串)。

六、Python 写成的 PoC 程序代码

# -*- coding: utf-8 -*-
# This is a POC code to generate IOTA transaction and bundle
#
# Note: You will need to implement getTransactionsToApprove
#

import iota
import pearldiver

SEED = 'GENERATE_YORU_SELF'

tag = iota.Tag('TESTINGPYTHON')
pt = iota.ProposedTransaction(
address=iota.Address('9TPHVCFLAZTZSDUWFBLCJOZICJKKPVDMAASWJZNFFBKRDDTEOUJHR9JVGTJNI9IYNVISZVXARWJFKUZWC'),
value=90,
tag=tag,
message=iota.TryteString('HELLO')
)

pb = iota.ProposedBundle([pt])

# pb.add_inputs([list])
#  pb._create_input_transaction(addy)

addy = iota.Address('INDTKDAH9GGWDAJDWQLWUKCIHSYNEFQUGVHOYWLZRYPEZIZYQHQJNDLDPCLWMMO9UAEZUWPHMWZRLWGOB')
addy.balance = 100
addy.key_index = 2
addy.security_level = 2
inputs = [
iota.ProposedTransaction(
address=addy,
tag=tag,
value=-addy.balance
)
]
for input in inputs:
pb._transactions.append(input)
for _ in range(addy.security_level - 1):
pb._transactions.append(iota.ProposedTransaction(
address=addy,
tag=tag,
value=0
))

# send unspent inputs to
unspent = iota.Address('HWFZCLVY9RPTAWC9OIOSHXSWFIYMSYSYBHZER9BYZ9KUPUJTRUOLKSGISILWFCWJO9LNZOLWRCJMVDJGD')
pb.send_unspent_inputs_to(unspent)

# This will get the bundle hash
pb.finalize()

# If the transaction need sign, it will then sign-up the transaction
# to fill up signature fragements
kg = iota.crypto.signing.KeyGenerator(SEED)

# pb.sign_inputs(kg)
i = 0
while i < len(pb):
txn = pb[i]
if txn.value < 0:
if txn.address.key_index is None or txn.address.security_level is None:
raise ValueError
# pb.sign_input_at(i, kg.get_key_for(txn.address))
address_priv_key = kg.get_key_for(txn.address)

# Fill in signature fragement
# address_priv_key.sign_input_transactions(pb, i)
from iota.crypto.signing import SignatureFragmentGenerator
sfg = SignatureFragmentGenerator(address_priv_key, pb.hash)
for j in range(address_priv_key.security_level):
txn = pb[i + j]
txn.signature_message_fragment = next(sfg)
i += txn.address.security_level
else:
i += 1

# Now each transaction have their signature into bundle
# this is the end of the transaction construction.
# We can now propose the transaction to tangle
# At this moment, tips still not inside each transaction,
# and each transaction hash is not yet generated
trytes = pb.as_tryte_strings()

# Get tips by getTransactionsToApprove
# tips = getTransactionsToApprove()
trunk_hash = iota.Hash('')
branch_hash = iota.Hash('')

# Do PoW (attach to tangle)
prev_tx = None

for tx_tryte in trytes:
txn = iota.Transaction.from_tryte_string(tx_tryte)
txn.trunk_transaction_hash = trunk_hash if prev_tx is None else prev_tx.hash
txn.branch_transaction_hash = branch_hash if prev_tx is None else trunk_hash

# Copy obsolete tag if tag field is empty
if not txn.tag:
txn.tag = txn.obsolete_tag

# Copy timestamp
txn.timestamp = None
txn.timestamp_lower_bound = None
txn.timestamp_upper_bound = None

# Do the PoW for this transaction
diver = pearldiver.PearlDiver()
trits = txn.trits()
diver.search(trits, min_weight_magniude, -1)

# Validate PoW
# transactionValidator.validate(txn.as_trits())

结论

在这里,我们使用图片来演示 IOTA 如何用交易来构建一个 bundle,以及何时填充交易的一些关键部分,比如 bundle hash、transaction hash、trunk hash、branch hash 和 nonce。

我们可以清楚地知道,在进行交易的所有步骤中,物联网设备的主要部分只需要处理签署其交易的部分,其他部分,例如输出交易,tip 选择和 PoW 等不需要做到这一点。

如果你喜欢这篇文章,欢迎给原文作者捐助IOTA:

VDQZYACPKXWY9CMUVOCUYKZIKNQFBNUHHMYDTF9OFQFMTINRIAQDZDEMJFNATHXKPMUXHTEVNTRBVAQBDDFVU9WKLD

原文地址:https://medium.com/@louielu/in-depth-explanation-of-how-iota-making-a-transaction-with-picture-8a638805f905

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专栏作者:inhuman

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