通過本章的學(xué)習(xí)，我們能了解到比特幣交易所包含的信息、交易如何被創(chuàng)建、如何被驗(yàn)證。對于產(chǎn)品和研發(fā)人員實(shí)現(xiàn)數(shù)字錢包的應(yīng)用功能，有非常直觀的借鑒意義。
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第1節(jié) 交易概述
交易是比特幣系統(tǒng)最重要的部分。根據(jù)比特幣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，系統(tǒng)中任何其他的部分都是為了確保比特幣交易可以被生成、能在比特幣網(wǎng)絡(luò)得以傳播和通過驗(yàn)證、并最終加入全球比特幣交易總帳薄。
通過比特幣客戶端可以創(chuàng)建并廣播交易。比特幣交易是一個(gè)含有輸入值和輸出值的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中植入了將一筆資金從指定的比特幣地址轉(zhuǎn)移至目標(biāo)地址的代碼信息。比特幣客戶端會(huì)維護(hù)一套節(jié)點(diǎn)地址列表（即挖礦節(jié)點(diǎn)的地址列表），當(dāng)交易創(chuàng)建完成后，會(huì)將交易信息通過比特幣網(wǎng)絡(luò)廣播到所維護(hù)列表中的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證交易有效后，會(huì)繼續(xù)廣播至與其相連的其他節(jié)點(diǎn)，就這樣，一筆交易很快會(huì)被所有節(jié)點(diǎn)接收到，當(dāng)?shù)V工通過挖礦將這筆交易加入到新區(qū)塊、且大部分節(jié)點(diǎn)在該新區(qū)塊的基礎(chǔ)上開始工作后，這筆交易就成為了比特幣交易總賬簿的一部分。
比特幣系統(tǒng)并不存儲(chǔ)比特幣地址的余額，比特幣是分散在各個(gè)區(qū)塊交易記錄中的，當(dāng)一筆交易中的收款地址還未用于新的支付時(shí)，這個(gè)收款地址即對應(yīng)著一筆可用的未消費(fèi)UTXO（全稱Unspent Transaction Output）。UTXO是比特幣交易的基本單位，不可再拆分，就像紙幣一樣，當(dāng)一張紙幣大于待付金額時(shí)，不能將紙幣撕成幾段，只能整體支付后，再接收找零。
所以比特幣交易的輸入，是將1個(gè)或多個(gè)UTXO組合成足額大于等于待支付的金額；比特幣交易的輸出，是輸出新的UTXO到接收方的收款地址中，同時(shí)會(huì)創(chuàng)建用于找零的UTXO。輸入和輸出之間的差額即為獎(jiǎng)勵(lì)給礦工的交易手續(xù)費(fèi)。
比特幣錢包是如何知道用戶有哪些未消費(fèi)的UTXO用來支付呢？
這可以從”第4章 密鑰、地址和錢包“中的知識(shí)來理解。當(dāng)用戶剛開始使用一個(gè)新的比特幣客戶端時(shí)，可以通過各種方式導(dǎo)入已有的私鑰。當(dāng)導(dǎo)入私鑰后，比特幣錢包會(huì)根據(jù)該私鑰自動(dòng)生成對應(yīng)的比特幣地址，然后錢包用這些地址去掃描區(qū)塊鏈，得到比特幣地址上每個(gè)還未消費(fèi)的UTXO記錄。最終比特幣錢包客戶端本地會(huì)維護(hù)一套未消費(fèi)的UTXO數(shù)據(jù)庫，用于支付時(shí)作為交易輸入。
第2節(jié) 交易輸出
給某人發(fā)送比特幣實(shí)際上是創(chuàng)造新的UTXO，注冊到那個(gè)人的地址，并且能被他用于新的支付。
交易輸出包含兩部分：一定量的比特幣和一個(gè)鎖定腳本。鎖定腳本，是用來支付時(shí)必須滿足的條件，只有滿足鎖定腳本中的條件，才能動(dòng)用這筆UTXO輸出比特幣給其他人。鎖定腳本中包含了接收方的比特幣地址。
第3節(jié) 交易輸入
若想支付UTXO，一個(gè)交易的輸入也需要包含解鎖腳本，用來滿足UTXO的支付條件。解鎖腳本是一個(gè)簽名，用來證明對于在鎖定腳本中的比特幣地址擁有所有權(quán)。
當(dāng)用戶付款時(shí)，錢包需要選擇特定的UTXO來滿足付款額，比如需要支付1BTC，錢包應(yīng)用會(huì)選擇一個(gè)包含0.4BTC的UTXO和0.7BTC的UTXO，加在一起用于支付。多余的0.1BTC，客戶端可指定作為找零打到支付方的比特幣地址中。若指定了獎(jiǎng)勵(lì)給礦工的手續(xù)費(fèi)，這時(shí)除去手續(xù)費(fèi)之后剩余的部分也會(huì)找零到指定地址。
當(dāng)然，比特幣客戶端中維護(hù)了一套未消費(fèi)的UTXO數(shù)據(jù)庫，如何從庫里面選擇最優(yōu)的UTXO組合，也是錢包要實(shí)現(xiàn)的功能。
說明：礦工的交易手續(xù)費(fèi)，是基于交易的字節(jié)長度來計(jì)算的，而不是基于交易金額的價(jià)值。
所以，交易輸入的步驟是：選定最優(yōu)的UTXO—>為每個(gè)UTXO生成解鎖腳本—> 當(dāng)解鎖腳本驗(yàn)證通過后—>可正常創(chuàng)建交易輸出。
第4節(jié) 腳本驗(yàn)證
原書中，講解了比特幣系統(tǒng)中5種標(biāo)準(zhǔn)腳本的原理和使用背景，感興趣的朋友可以深入學(xué)習(xí)。本節(jié)以P2PKH（Pay-to-Public-Key-Hash）為例，主要講講解鎖腳本是如何驗(yàn)證鎖定腳本的。
比特幣網(wǎng)絡(luò)中的大多數(shù)交易都是P2PKH交易，此類交易都含有一個(gè)鎖定腳本，由P2PKH腳本鎖定的輸出可以通過鍵入公鑰和由相應(yīng)私鑰生成的數(shù)字簽名進(jìn)行匹配來解鎖。
解鎖過程與第四章原理一致，如下：
1.先由私鑰生成公鑰；
2.將公鑰通過哈希算法得到公鑰哈希
3.將解鎖腳本和鎖定腳本組合在一起，比對由私鑰生成的公鑰哈希與鎖定腳本中的公鑰哈希是否匹配，若匹配成功，則符合解鎖條件；否則無法使用該UTXO中包含的比特幣。
第5節(jié) 總結(jié)
通過本章的學(xué)習(xí)，我們了解了比特幣交易所包含的信息、交易如何被創(chuàng)建以及如何驗(yàn)證是否對UTXO中的比特幣擁有支配權(quán)。
本章對于產(chǎn)品和研發(fā)人員實(shí)現(xiàn)數(shù)字錢包的應(yīng)用功能，有非常直觀的借鑒意義。
文章首發(fā)于公號“Tina說”
