关于比特币:区块链入门-③-交易

区块链入门 ③ – 交易

交易

概述

比特币交易实质上蕴含交易参与者价值转移的相干信息数据结构。比特币区块链是一本寰球复式记账总账簿，每笔交易都是在比特币区块链上的一个公开记录。

本章中应用术语“钱包”时，咱们指的是构建交易的软件，而不仅仅是蕴含密钥的数据库。

前置常识

UTXO

UTXO，即“未破费的交易输入”（unspent transaction outputs）。所有 UTXO 的汇合被称为 UTXO 集。UTXO 集大小在新的 UTXO 减少时而增长，并在 UTXO 被耗费时而放大。每一个交易都代表 UTXO 集中的变动（状态转换）。

• UTXO 的最小单位是八位小数的“聪”。
• UTXO 是面值为“聪”的离散且不可分割的价值单位，一个 UTXO 只能在一次交易中 作为一个整体 被耗费。如果一个 UTXO 面值大于一笔交易所需，它依然必须作为整体全副应用，但同时会在交易中生成零头。比特币利用能够应用一些策略来满足付款需要：组合若干小额 UTXO，并算出精确的找零；或者应用一个比交易额大的 UTXO 而后进行找零。
• 交易会耗费先前记录的未应用的 UTXO，并创立可供将来交易应用的新的 UTXO。通过这种形式，大量的比特币在生产和创立 UTXO 的交易链中在所有者之间进行转移。
• “币基交易”（Coinbase Transaction）：每个区块中的第一笔交易，这笔交易由“获胜”矿工设置，创立全新比特币并领取给该矿工作为采矿处分。币基交易并不生产 UTXO，相同，它有一种称为“coinbase”的非凡类型的输出。

余额

用户的比特币“余额”是指用户钱包中可用的 UTXO总和，它们可能扩散在数百个交易和区块中。比特币钱包通过扫描区块链并汇聚所有属于该钱包管制的私钥的 UTXO 来计算该用户的余额。

比特币脚本语言

比特币的脚本语言是一种基于栈的语言。脚本语言通过从左到右解决每个我的项目来执行脚本。

• 数字（数据常量）被推到栈上。操作码（Operators）从栈中推送或弹出一个或多个参数，对其执行操作，并可能将后果推送到栈上。例如，操作码 OP_ADD 将从栈中弹出两个我的项目，增加它们，并将后果的总和推送到栈上。
• 条件操作码（Conditional operators）对一个条件进行计算，产生一个 TRUE 或 FALSE 的布尔后果（boolean result）。例如，OP_EQUAL 从栈中弹出两个我的项目，如果它们相等，则推送为 TRUE（由数字 1 示意），否则推送为 FALSE（由数字 0 示意）。

比特币数字签名

数字签名是一种由两局部组成的数学计划：第一局部是应用私钥对数据创立签名的算法；第二局部是容许在给定数据和公钥时验证签名合法性的算法。比特币中应用的数字签名算法是椭圆曲线数字签名算法（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm，ECDSA）

• 创立签名

在比特币的 ECDSA 算法的实现中，被签名的“音讯”是交易，或更确切地说是交易中特定数据子集的哈希值。签名密钥是用户的私钥，后果就是签名，签名 Sig 由两个值组成，称为 R 和 S：Sig = (R, S)。

具体流程如下：

1. 签名算法首先生成一个长期密钥对。长期密钥对基于随机数 k，用作长期私钥。如果应用雷同的值 k 在不同的音讯（交易）上生成两个签名，那么任何人都能够计算出签名私钥！！！
2. 利用 k，咱们生成相应的长期公钥 P（以 P=k*G 计算，与派生比特币公钥雷同）。
3. 数字签名的 R 值则是长期公钥 P 的 x 轴坐标。

4. 数字签名的 S 值：

   $$
   S = k^{-1}(Hash(m) + dA * R) mod n
   $$

其中：

• k是长期私钥
• R是长期公钥的 x 坐标
• dA是签名私钥
• m是交易数据（或其局部）
• n是椭圆曲线的阶
• 验证签名

验证应用数据（交易或其局部的哈希值），签名者的公钥和签名（R 和 S 值）来计算值 P，该值是椭圆曲线上的一个点，如果计算出的点 P 的x坐标等于R，则签名无效。

$$
P = S^{-1} Hash(m)*G + S^{-1}*R*Qa
$$

其中：

• R和 S 是签名值
• Qa是签名者的公钥
• m是交易数据（或其局部）
• G是椭圆曲线生成点

• 数字签名的用处：

  • 身份认证性 : 签名证实私钥的所有者，即资金所有者，曾经受权收入这些资金。
  • 不可否认性 : 受权证实是不可否认的（不可否认性）。
  • 完整性 : 签名证实交易（或交易的特定局部）在签名之后没有也不能被任何人批改。

交易输入

每一笔比特币交易都会发明输入，并被比特币账簿（区块链）记录下来。除特例之外，简直所有的输入都能发明 UTXO。

交易输入蕴含两局部：

• “value”：一定量的比特币，面值为“聪”（satoshis）。
• “scriptPubKey”：作为破费输入所需条件的加密难题（cryptographic puzzle），也被称为锁定脚本（locking script）、见证脚本（witness script），或脚本公钥（scriptPubKey）。

{
    ...
    "vout": [
        {
            "value": 0.01500000,
            "scriptPubKey": "OP_DUP OP_HASH160 ab68025513c3dbd2f7b92a94e0581f5d50f654e7 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG"
        },
        {
            "value": 0.08450000,
            "scriptPubKey": "OP_DUP OP_HASH160 7f9b1a7fb68d60c536c2fd8aeaa53a8f3cc025a8 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG"
        }
    ]
}

交易输出

交易输出将 UTXO（通过被援用）标记为将被生产，并通过解锁脚本提供所有权证实。

交易输出蕴含四局部：

• “txid”：一个交易 ID，援用蕴含正在应用的 UTXO 的 交易（不是 UTXO）。
• “vout”：一个输入索引，用于标识来自该 交易中的第几个 UTXO被援用（一个交易可能存在多个输入，第一个为零）。
• “scriptSig”：一个解锁脚本，钱包构建它是为了满足 UTXO 中设置的生产条件，满足搁置在 UTXO 上的领取条件，解锁收入。
• “scriptSig”：一个序列号，与工夫锁无关。

{
    ...
    "vin": [
        {
            "txid": "7957a35fe64f80d234d76d83a2a8f1a0d8149a41d81de548f0a65a8a999f6f18",
            "vout": 0,
            "scriptSig": "3045022100884d142d86652a3f47ba4746ec719bbfbd040a570b1deccbb6498c75c4ae24cb02204b9f039ff08df09cbe9f6addac960298cad530a863ea8f53982c09db8f6e3813[ALL]0484ecc0d46f1918b30928fa0e4ed99f16a0fb4fde0735e7ade8416ab9fe423cc5412336376789d172787ec3457eee41c04f4938de5cc17b4a10fa336a8d752adf",
            "sequence": 4294967295
        }
    ]
}

• 留神：交易输出中仅蕴含了“txid”，须要首先从区块链中检索援用的 UTXO，来获取该 UTXO 的面值和锁定条件。

交易脚本

比特币网络解决的大多数交易破费的是由“付款至公钥散列”（Pay-to-Public-Key-Hash，P2PKH）脚本锁定的输入。

相应的锁定脚本和解锁脚本如下：

• 锁定脚本（scriptPubKey）：锁定脚本是一个搁置在输入上的破费条件：它指定了今后破费这笔输入必须要满足的条件。其蕴含一个公钥散列（hash）值，即咱们常说的比特币地址。
• 解锁脚本（scriptSig）：解锁脚本是“解决”或满足输入上锁定脚本设定的破费条件并容许破费输入的脚本。解锁脚本是交易输出的一部分，其蕴含散列值对应的公钥和由相应私钥创立的数字签名。

每个比特币验证节点将通过一起执行锁定和解锁脚本来验证交易。

1. 每个输出都蕴含一个解锁脚本，并援用先前存在的 UTXO。
2. 验证软件将复制解锁脚本，检索输出援用的 UTXO，并从该 UTXO 复制锁定脚本。
3. 而后按程序执行解锁和锁定脚本。如果解锁脚本满足锁定脚本条件，则输出无效。所有输出都是独立验证的，作为交易整体验证的一部分。

例子：

• 锁定脚本

OP_DUP OP_HASH160 <Cafe Public Key Hash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

• 解锁脚本

<Cafe Signature> <Cafe Public Key>

• 组合验证脚本

<Cafe Signature> <Cafe Public Key> OP_DUP OP_HASH160 <Cafe Public Key Hash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

• 验证流程

签名散列类型

比特币签名有一种办法，用于通过应用 SIGHASH 标记来批示交易数据的 某一部分 蕴含在由私钥签名的散列中。

每个输出可能在其解锁脚本中蕴含一个签名。因而，蕴含多个输出的交易能够领有具备不同 SIGHASH 标记的多个签名，这些标记在每个输出中承诺交易的不同局部。

有三个 SIGHASH 标记：ALL，NONE 和 SINGLE。

另外还有一个修饰符标记 SIGHASH_ANYONECANPAY，它能够与后面的每个标记组合应用。

当设置 ANYONECANPAY 时，只有以后输出被签名，其余的（及其序列号）放弃凋谢以进行批改。ANYONECANPAY 的值为 0x80，并通过按位 OR 运算，失去如下表所示组合标记：

利用 sighash 标记的形式：

1. 依据应用的 SIGHASH 标记，生成交易的正本并截断其中的某些字段（设置为零长度并清空）。
2. 序列化交易正本，将 SIGHASH 标记被增加到序列化交易的结尾。
3. 将序列化交易正本 +SIGHASH 标记散列，失去的散列值即是被签名的“音讯”。
4. 因为在散列化前，SIGHASH 作为最初一步被蕴含在内，签名也会对 SIGHASH 类型进行签订，因而不能被更改（例如，不能被矿工批改）。

利用：

• ALL|ANYONECANPAY：这种标记能够用来做“众筹”交易，众筹发起人能够用单笔输入来构建一个交易，这笔输入将“指标”金额付给众筹发起人。这样的交易显然是有效的，因为它没有输出。然而当初其他人能够通过增加本人的输出作为捐献来批改它们，他们用 ALL|ANYONECANPAY 签订本人的输出，直到收集到足够的输出以达到输入的指标金额前，交易有效，每一笔捐款都是一种“承诺”，在募集够整个指标金额之前，筹款不能发出。
• NONE：该构造可用于创立特定金额的“不记名支票”或“空白支票”。它对输出进行承诺，但容许输入锁定脚本被更改。任何人都能够将本人的比特币地址写入输入锁定脚本并兑换交易。
• NONE|ANYONECANPAY：这种结构能够用来建造一个“吸尘器”。在钱包中领有渺小 UTXO 的用户无奈破费这些费用，因为手续费超过了这些渺小 UTXO 的价值。借助这种类型的签名，渺小 UTXO 能够捐献给任何违心募集的人并由他们随时破费。

交易费

交易费是指输出和输入之间的差值。从所有输出中扣掉所有输入之后的残余的金额是矿工收取的交易费。

• 交易的数据结构自身没有交易费这个字段。
• 交易费是以千字节为单位计算的，而不是比特币交易的金额，这意味着如果把大量小型 UTXO 作为输出可能须要领取更高的交易费。
• 交易费作为矿工打包（挖矿）一笔交易到下一个区块中的一种激励；同时作为一种克制因素，通过对每一笔交易收取小额费用来避免对系统的滥用。胜利挖到某区块的矿工将失去该区内蕴含的交易费，并将该区块增加至区块链中。
• 大多数状况下，交易费影响解决优先级，这意味着有足够费用的交易费更可能被打包进下一个挖出的区块中；任何创立交易的比特币服务，包含钱包、交易所、批发利用等，都必须实现交易费动静计算性能。