以太坊每天处理超过一百万笔交易，是数百种链上协议、区块链游戏和 dapp（去中心化应用程序）的支柱。这种繁重的流量由遍布全球 的节点网络和超过 80 万个活跃验证者进行验证和处理。
虽然这种节点分布有助于确保网络安全并避免集中化，但它带来了与效率和交易秩序相关的挑战。
以太坊的交易随机数解决了这些挑战。它维护了交易的秩序和完整性，这对于防止重放攻击和降低双重支付风险至关重要——这是数字经济中的一个重要问题。在没有中央机构监督交易的点对点系统中，双重支付的风险更高。
那么，什么是交易随机数，它是如何工作的，以及它在以太坊交易中的作用是什么？
在这篇博客中，我们将揭开交易 nonce 的概念、它的工作原理以及 nonce 在以太坊上帮助解决的问题。
什么是以太坊 nonce？
Nonce 是一个线性增加的标量，单维值，表示从特定地址发送的交易总数。此值的增量特性确保每笔交易都可以在区块链中被唯一标识和正确排序。
对于每个以太坊账户，nonce 从零开始，每发起一笔交易就会增加一。因此，如果一个账户进行了三笔交易，那么第四笔交易的 nonce 就是 3。
以太坊 nonce 的功能
Nonce 是一个唯一值，在以太坊中执行以下功能：
订单交易
来自账户的每笔交易都有一个唯一的随机数，从 0 开始，每笔交易递增 1。这可确保来自账户的交易按发送的准确顺序进行处理。通过要求每笔交易都有唯一的随机数，以太坊可确保每笔交易只能处理一次，并且顺序正确。
如果交易处理顺序混乱，就会导致状态不一致（比如试图花费已经花费或尚未收到的以太币）。
确保状态一致性
以太坊是一个状态机，即交易会导致状态转换。借助 nonce，所有节点都会处理交易并以相同的顺序执行相同的状态转换。这可以实现状态一致性，即整个网络对每个帐户的状态达成共识。此外，nonce 还可以通过验证整个网络状态来帮助新节点与网络的其余部分同步。
防止双重支付
每个 nonce 只能用于一次交易。这有助于防止双重支付，因为它确保同一笔交易不能多次提交。Nonce 消除了重放攻击的可能性，即有效交易被重复欺诈以获取非法收益。
由于 nonce 值仅有效一次，因此具有已使用过的 nonce 的交易将被网络拒绝。
以太坊 nonce 面临的挑战
尽管 nonce 对于以太坊交易至关重要，但使用它们并不是一件简单的事情。让我们来看看开发人员在以太坊上使用交易 nonce 时面临的一些挑战：
交易的隐形性
在 Etherscan 等区块链浏览器上查看以太坊交易对于跟踪交易状态（待处理、成功或失败）至关重要。但是，任何与 nonce 相关的问题（例如不正确的 nonce 值或交易卡住）都意味着交易可能不会出现在浏览器中。
这导致人们对交易状态以及如何诊断当前问题感到困惑。
交易停滞
如果使用的随机数不是按顺序排列的，交易可能会卡在内存池中。如果前一笔交易（具有较低的随机数）尚未处理，则具有较高随机数的交易将保持待处理状态。如果前一笔交易的 gas 费用较低且需要更长时间才能完成开采，则可能会发生这种情况。前者将保持待处理状态，可能导致积压。
钱包提供商错误
大多数以太坊钱包都会自动为用户管理随机数。如果钱包提供商未与用户账户同步，则可能会导致随机数冲突（如果随机数太低）或交易卡在待处理状态（如果随机数太高）。
特别是当用户参与区块链游戏或交易等高频交易时，钱包提供商对随机数增量的处理变得至关重要。
钱包软件中的错误或随机数跟踪算法的问题也会对用户和网络造成非常大的损害。
最终用户的 Nonce 问题
与 Nonce 相关的挑战不仅会给开发人员和构建者带来问题，还会严重影响 dapp 的最终用户以及任何基于以太坊的链上活动。
以下是 nonce 问题可能影响最终用户的主要方式：
交易延迟： Nonce错误经常导致交易卡住，从而导致等待确认的时间过长。
成本增加：解决 nonce 问题通常需要重新发送具有更高 gas 费用的交易，从而导致额外的费用。
dApp 功能： Nonce 问题可能会中断 dApp 中预期的交易顺序，从而影响其性能。
破坏自动化系统：依赖自动化系统或智能合约进行重复交易的用户可能会面临中断，需要手动排除故障。
不一致的用户体验：与 Nonce 相关的问题可能导致不可预测的交易结果，从而给用户带来不可靠和令人沮丧的体验。
如何避免以太坊上的 nonce 错误？
Nonce是以太坊交易的核心组件，因此开发者无法绕过其管理。
开发人员可以遵循以下一些最佳实践来避免与 nonce 相关的问题：
使用 web3 库实现系统，在每次交易后自动跟踪和更新 nonce 值，确保准确性和一致性。
开发检测和替换失败交易的机制，重新使用调整了 gas 费用的随机数来有效解决卡住的交易。
为高级用户提供手动调整nonce的界面，并附上明确的警告，以防止不正确的使用和错误。
汇总
Rollup是第 2 层解决方案，它在以太坊主链（第 1 层）之外执行交易，但将交易数据发布到主链上。它们通过将多笔交易批量放入单个 Rollup 区块来实现这一点。这种批量处理意味着 Rollup 中的单个交易可能不需要像在主网上那样进行单独的随机数管理。
此外，与以太坊相比，rollups 提供更一致的交易费用。这降低了交易因 gas 价格低而卡住的可能性，而 gas 价格低是导致 nonce 问题的常见原因。
除了汇总之外，开发人员还可以依赖第三方服务器或后端基础设施来帮助他们避免与 nonce 相关的问题的困扰。
Nonce：以太坊交易完整性的支柱
从本质上讲，nonce 不仅仅是一个技术问题。它维护了完整性和安全性，并促进了以太坊的顺利运行。了解 nonce 的功能有助于了解在后台运行的复杂基础设施，这些基础设施为全球用户提供了数百万笔交易的便利。
