python实现web3多重签名交易

最新推荐文章于 2025-12-31 23:52:26 发布

原创最新推荐文章于 2025-12-31 23:52:26 发布 · 933 阅读

20 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#python #web3 #区块链

以太坊漫游指南专栏收录该内容

20 篇文章

订阅专栏

部署运行你感兴趣的模型镜像

web3多重签名交易

Web3 中的多重签名交易（Multisig Transaction）解析

Web3 里的多重签名交易（Multisig Transaction），是指一笔区块链交易并非由单个私钥的签名来决定能否执行，而是需要多个独立私钥共同签名授权。

这是一种极具代表性的安全增强机制，在钱包管理、DAO（去中心化自治组织）治理、金库管理以及团队共管资产等众多场景中得到了广泛应用。

🚀 多重签名（Multisig）究竟是什么？

简单来讲：

一笔资金的动用，需要 2～3 个甚至更多人共同签字确认。

举例说明：

共管钱包场景：3 个合伙人共同管理一个钱包。
签名门槛设置：设定为**至少 2 人同意（即 2/3 签名）**才可进行转账操作。
系统验证机制：系统会自动验证是否达到预设的签名门槛（threshold）。
执行结果判定：若达到门槛，交易将执行；否则，资产不会发送。

这一机制有效避免了单点风险，即避免了因一个人丢失私钥或私钥被黑客攻击，而导致资金损失的情况。

🔐 多重签名结构（以以太坊为例）

在以太坊上，常用的多重签名实现方式是智能合约式 Multisig，例如 Gnosis Safe。其具体结构和工作流程如下：

owners：一组地址列表，代表拥有签名权限的各方。
threshold：签名门槛，即达成交易所需的最少签名数量。
交易发起与编码：当发起交易时，交易内容会被编码为一个“交易体”。
签名过程：每个 owner 使用自己的私钥对交易体进行签名。
合约验证：智能合约验证收到的签名数量是否达到预设的 threshold。
执行判定：若达到 threshold，交易执行；若未达到，交易拒绝。

需注意，多重签名本质上是在智能合约的内部逻辑中实现的，并非链上原生支持的特性。

🧩 为什么需要多重签名？

下表通过对比单签钱包和多重签名钱包，清晰展示了多重签名的优势：

风险	单签钱包	多重签名钱包
私钥丢失	资产无法找回，面临永久损失风险	多钥冗余设计，不会全部丢失，降低资产损失风险
私钥泄露	资产瞬间被盗，损失难以挽回	单钥泄露无法直接导致资产被盗，需多方批准才能执行交易
团队资产管理	安全性较低，易出现内部管理问题	透明度高，可实现多人共管，提升团队资产管理安全性
DAO 治理	不支持，无法满足 DAO 去中心化治理需求	是 DAO 的基础模块，助力实现去中心化、透明化治理

由此可见，多重签名能够有效解决团队管理资产、防范黑客攻击与盗窃、实现治理流程透明化等痛点问题。

🛠 在 EVM 链上如何进行多签？

在 EVM 链上实施多重签名的流程通常如下：

创建 Multisig 合约：选择合适的工具（如 Safe）创建一个多重签名合约。
设置参数：设定 owners（拥有签名权限的地址列表）和 threshold（签名门槛）。
发起交易：发起一笔转账或执行合约调用的交易。
生成交易哈希：合约生成该笔交易的唯一哈希值。
独立签名：每个 owner 使用自己的私钥对交易进行独立签名。
提交签名：发起“执行交易”请求，将所有签名打包并提交至合约。
验证与执行：合约验证签名数量，若满足 threshold，则执行交易；否则拒绝。

📌 常见 Multisig 应用场景

DAO 金库管理：用于管理价值数千万的资金，实现多人共管，保障资金安全。
L1 / L2 跨链桥管理员：确保跨链操作的安全性和可靠性，防止资金在跨链过程中出现损失。
交易所冷钱包：采用多重签名机制，增强冷钱包的安全性，降低私钥泄露风险。
Web3 项目团队资金：方便团队成员共同管理项目资金，提高资金使用的透明度和安全性。
NFT 项目 mint 权限控制：通过多重签名控制 NFT 的铸造权限，防止未经授权的铸造行为。
高额资金的安全保管：为高额资金提供更高级别的安全保障，降低资金被盗风险。

🧭 多重签名交易与普通交易的区别是什么？

下表从多个维度对比了单签交易和多重签名交易的特点：

项目	单签交易	多重签名交易
私钥数量	仅需 1 个私钥	需要多个独立私钥共同签名
验证方	由链的 ECDSA 算法进行验证	由智能合约逻辑进行验证
执行过程	立即执行，无需额外授权	需要多次签名后统一执行，确保多方同意
安全性	相对较低，易受单点风险影响	极高，通过多重验证降低风险
透明度	一般，交易信息相对不透明	签名和执行过程均可审计，透明度高

多重签名的流程

在这里插入图片描述

python 实现一个简单的多重签名交易

一个简单的 Solidity 多签合约（可部署），使用 ECDSA 验签并要求签名按地址严格递增以防重放/重复。
一个Python 脚本（web3.py + eth-account + py-solc-x），包含：编译、部署合约、用多个私钥对交易签名、把签名打包并调用合约执行交易。
逐步说明与注意事项，便于你在本地（Anvil / Ganache / Hardhat 节点）直接跑通。

假设你本地运行的以太坊节点地址为 http://127.0.0.1:8545（Anvil / Ganache 常用）。如果不同，把 RPC_URL 改成你的节点即可。

首先创建一个合约文件，保存到contracts/MultiSigWallet.sol

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.18;

/// Simple multisig wallet that verifies Ethereum signed messages.
/// Owners must be unique and signatures must be provided in strictly increasing address order
contract SimpleMultiSig {
    address[] public owners;
    mapping(address => bool) public isOwner;
    uint256 public threshold;
    uint256 public nonce;

    event ExecuteTransaction(address indexed to, uint256 value, bytes data, uint256 nonce);
    event Deposit(address indexed sender, uint256 value);

    constructor(address[] memory _owners, uint256 _threshold) {
        require(_owners.length > 0, "owners required");
        require(_threshold > 0 && _threshold <= _owners.length, "invalid threshold");

        for (uint i = 0; i < _owners.length; i++) {
            address owner = _owners[i];
            require(owner != address(0), "invalid owner");
            require(!isOwner[owner], "owner not unique");
            isOwner[owner] = true;
            owners.push(owner);
        }
        threshold = _threshold;
    }

    // Allow contract to hold ETH
    receive() external payable {
        emit Deposit(msg.sender, msg.value);
    }

    // Computes the message hash that owners must sign (keccak256)
    function getMessageHash(address to, uint256 value, bytes memory data, uint256 _nonce) public pure returns (bytes32) {
        // we hash the calldata too; use keccak256(data) to handle variable length
        return keccak256(abi.encodePacked(to, value, keccak256(data), _nonce));
    }

    // Prefix to mimic eth_sign (EIP-191)
    function getEthSignedMessageHash(bytes32 messageHash) public pure returns (bytes32) {
        // "\x19Ethereum Signed Message:\n32" + messageHash
        return keccak256(abi.encodePacked("\x19Ethereum Signed Message:\n32", messageHash));
    }

    // Execute transaction if enough valid signatures provided.
    // signatures: concatenated (r (32) || s (32) || v (1)) for each signer, in order of signer addresses (strictly increasing)
    function executeTransaction(address to, uint256 value, bytes calldata data, bytes calldata signatures) external {
        bytes32 messageHash = getMessageHash(to, value, data, nonce);
        bytes32 ethSignedMessageHash = getEthSignedMessageHash(messageHash);

        uint256 sigCount = signatures.length / 65;
        require(sigCount >= threshold, "not enough signatures");

        address lastRecovered = address(0);
        uint256 offset = 0;
        uint256 validSignatures = 0;

        for (uint i = 0; i < sigCount; i++) {
            bytes32 r;
            bytes32 s;
            uint8 v;

            // extract r, s, v
            assembly {
                r := calldataload(add(signatures.offset, offset))
                s := calldataload(add(signatures.offset, add(offset, 32)))
                v := byte(0, calldataload(add(signatures.offset, add(offset, 64))))
            }

            offset += 65;

            // ecrecover returns address(0) on failure
            address recovered = ecrecover(ethSignedMessageHash, v, r, s);
            require(recovered != address(0), "invalid signature");
            require(isOwner[recovered], "not owner");
            require(recovered > lastRecovered, "signatures not strictly ordered or duplicate"); // enforce strict order to prevent duplicates
            lastRecovered = recovered;
            validSignatures++;

            if (validSignatures == threshold) break; // early exit when threshold met
        }

        require(validSignatures >= threshold, "threshold not met");

        nonce += 1;

        // execute call
        (bool success, ) = to.call{value: value}(data);
        require(success, "tx execution failed");

        emit ExecuteTransaction(to, value, data, nonce - 1);
    }

    // Helpers: get owners count
    function getOwners() external view returns (address[] memory) {
        return owners;
    }
}

安装相关的库

pip install web3 eth-account py-solc-x

# 先导入需要的包
from web3 import Web3
from eth_account import Account
from eth_account.messages import encode_defunct

RPC_URL = "http://127.0.0.1:8545"      # 改成你的 RPC
CHAIN_ID = 31337                       # 本地节点常用 1337/31337/1 等，根据节点调整
GAS = 3_000_000

w3 = Web3(Web3.HTTPProvider(RPC_URL))
assert w3.is_connected()

# --- compile Solidity (py-solc-x) ---
from solcx import compile_source, install_solc

install_solc("0.8.18")

<Version('0.8.18')>

simple_multisig_source = open("contracts/MultiSigWallet.sol", "r", encoding="utf-8").read()

compiled = compile_source(
    simple_multisig_source,
    output_values=["abi", "bin"],
    solc_version="0.8.18"
)

contract_id, contract_interface = compiled.popitem()
abi = contract_interface["abi"]
bytecode = contract_interface["bin"]

# --- 选择三个测试账户（您可以使用本地节点账户或生成临时账户） ---
# 为了演示，我们创建了三个临时账户，并从节点的第一个账户（必须拥有以太币）中为其充值（这里我使用了Anvil的测试账户）
acct0 = w3.eth.accounts[0]
acct1 = w3.eth.account.create()  # 所有者1
acct2 = w3.eth.account.create()  # 所有者2
acct3 = w3.eth.account.create()  # 所有者3

owners = [acct1.address, acct2.address, acct3.address]
threshold = 2

print("Owner addresses:", owners)
print("Threshold:", threshold)

Owner addresses: ['0xcD57A2da868DaD6d1A26660C32BFfAFA0eBF9b32', '0x1dD2D95820f25a28fd8352671eFcC9324b90Bd3a', '0x796109581b5B339DdCa42c860b4F8dC21f7A0AB7']
Threshold: 2

# 从节点的“矿工费”账户中为所有者账户充值（假设节点已解锁账户或已预先充值）
funder = w3.eth.accounts[0]

def fund_address(to_addr, amount_wei=Web3.to_wei(1, "ether")):
    tx = {
        "from": funder,
        "to": to_addr,
        "value": amount_wei,
        "gas": 21000,
        "nonce": w3.eth.get_transaction_count(funder),
    }
    tx_hash = w3.eth.send_transaction(tx)
    w3.eth.wait_for_transaction_receipt(tx_hash)

for addr in owners:
    fund_address(addr)

# 部署合约
SimpleMultiSig = w3.eth.contract(abi=abi, bytecode=bytecode)

# Build transaction with deployer = funder
construct_txn = SimpleMultiSig.constructor(owners, threshold).build_transaction({
    "from": funder,
    "nonce": w3.eth.get_transaction_count(funder),
    "gas": GAS,
    "gasPrice": w3.eth.gas_price,
    "chainId": CHAIN_ID
})

tx_hash = w3.eth.send_transaction(construct_txn)
tx_receipt = w3.eth.wait_for_transaction_receipt(tx_hash)
ms_address = tx_receipt.contractAddress
print("MultiSig deployed at:", ms_address)

MultiSig deployed at: 0x8A791620dd6260079BF849Dc5567aDC3F2FdC318

ms_contract = w3.eth.contract(address=ms_address, abi=abi)

# --- 准备一个由多重签名执行的交易 ---
to = w3.to_checksum_address(w3.eth.accounts[1])  # 目标：将资金发送至第二个节点账户
value = Web3.to_wei(0.1, "ether")
data = b""  # 空的参数数据
nonce = ms_contract.functions.nonce().call()
print("合约nonce：", nonce)

合约nonce： 0

# # 计算消息哈希值（与 Solidity 中的 getMessageHash 方法相同）
# Solidity: keccak256(abi.encodePacked(to, value, keccak256(data), nonce))
data_hash = w3.keccak(data)
packed = Web3.solidity_keccak(
    ["address", "uint256", "bytes32", "uint256"],
    [to, value, data_hash, nonce]
)
message_hash = packed  # 32 bytes

# 现在创建以太坊签名消息（与 Solidity 中的 getEthSignedMessageHash 方法相同）
# 我们必须对前缀消息进行签名（使用 eth_sign 或 personal_sign 功能）
message = encode_defunct(message_hash)

# 使用所有者的私钥进行签名（我们有 acct1、acct2、acct3 这三个对象）
sig1 = Account.sign_message(message, private_key=acct1.key)
sig2 = Account.sign_message(message, private_key=acct2.key)
sig3 = Account.sign_message(message, private_key=acct3.key)

# 现在按照地址严格递增的顺序创建签名组合
# 我们必须按地址对签名者进行排序，并按照此顺序将签名组合起来。
sigs = []
pairs = [
    (acct1.address, sig1),
    (acct2.address, sig2),
    (acct3.address, sig3)
]
pairs_sorted = sorted(pairs, key=lambda p: bytes.fromhex(p[0][2:]))  # sort by address bytes
print("Sorted signers:", [p[0] for p in pairs_sorted])

Sorted signers: ['0x1dD2D95820f25a28fd8352671eFcC9324b90Bd3a', '0x796109581b5B339DdCa42c860b4F8dC21f7A0AB7', '0xcD57A2da868DaD6d1A26660C32BFfAFA0eBF9b32']

for addr, sig in pairs_sorted:
    # signature bytes r(32) + s(32) + v(1)
    r = sig.r.to_bytes(32, byteorder="big")
    s = sig.s.to_bytes(32, byteorder="big")
    v = bytes([sig.v])
    sigs.append(r + s + v)

signatures_concatenated = b"".join(sigs)
# 在执行过程中，我们只需要阈值签名。从已排序的列表中选取前 `threshold` 个签名。
signatures_for_submit = signatures_concatenated[:65 * threshold]

# 提交执行交易的调用
tx = ms_contract.functions.executeTransaction(to, value, data, signatures_for_submit).build_transaction({
    "from": funder,
    "nonce": w3.eth.get_transaction_count(funder),
    "gas": GAS,
    "gasPrice": w3.eth.gas_price,
    "chainId": CHAIN_ID
})

tx_hash = w3.eth.send_transaction(tx)
receipt = w3.eth.wait_for_transaction_receipt(tx_hash)
print("Execute tx receipt:", receipt)

Execute tx receipt: AttributeDict({'type': 0, 'status': 0, 'cumulativeGasUsed': 75409, 'logs': [], 'logsBloom': HexBytes('0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000'), 'transactionHash': HexBytes('0x05d3535b51dedbe1b217eabd0fe6936a26512c6f4332551bd0ba1286bd288c00'), 'transactionIndex': 0, 'blockHash': HexBytes('0x9e0469bf50dc5a1670bb199811b03abf4bfc5167f7e8fa694df798a3a1cf265f'), 'blockNumber': 11, 'gasUsed': 75409, 'effectiveGasPrice': 1270799468, 'blobGasPrice': 1, 'from': '0xf39Fd6e51aad88F6F4ce6aB8827279cffFb92266', 'to': '0x8A791620dd6260079BF849Dc5567aDC3F2FdC318', 'contractAddress': None})

说明与注意事项（关键点）

签名格式要一致：上面合约里我们用了 getEthSignedMessageHash（相当于 eth_sign / personal_sign 前缀）。在 Python 用 eth_account.messages.encode_defunct 来创建与之匹配的签名。两边的前缀必须一致，否则签名验证失败。
签名顺序与防重放：合约要求签名提供者地址是严格递增 (recovered > lastRecovered) 来避免重复使用同一签名或顺序混乱导致的双计数。这是一种常用技巧，也可以用 bitmap 或 usedSignature mapping。
签名数据的构造：合约对 data 先做了 keccak256(data)，以处理可变长度。Python 端必须一样计算。
阈值（threshold）：合约要求 sigCount >= threshold，并在循环里早停到阈值以节省 gas。
签名长度：每个签名 65 bytes (r=32 | s=32 | v=1)。Python 端要把 r+s+v 串联。
资金来源：在 demo 中用 funder（节点第一个账户）来发起部署和最终的 executeTransaction 调用；合约会把 ETH 从自己余额转出（合约必须有足够 ETH）。你可以在部署后先给合约转点 ETH（通过 send_transaction 到合约地址）用于支付要转出去的 value。
本地测试工具：推荐使用 Anvil 或 Ganache/Hardhat，方便快速获取 unlocked accounts / pre-funded accounts，调试时不用签名 tx（或者可以使用私钥直接发送 raw tx）。

您可能感兴趣的与本文相关的镜像

Python3.9

Conda

Python

Python 是一种高级、解释型、通用的编程语言，以其简洁易读的语法而闻名，适用于广泛的应用，包括Web开发、数据分析、人工智能和自动化脚本