区块链自问自答 day3

区块链自问自答 day3

比特币的交易是如何完成的？

​ 交易类型最常见的有两种：接收地址为公钥散列的交易（P2PKH，Pay-to-Public-Key-Hash），以及接收地址为脚本散列的交易（P2SH，Pay-to-Script-Hash），这两种交易统称为标准交易类型。

什么是P2PKH？

​ 比特币网络上的大多数交易是P2PKH，这类交易的输出是给公钥散列，也就是我们常说的比特币地址。

什么是P2SH？

​ P2SH在2012年作为一种能大大简化复杂交易脚本的交易类型而引入。此类交易的输出是脚本S经过Hash160处理后的值。S是ReedeemScript，这是一种可兑现脚本，这个脚本本身也可实现一些功能，如多重签名。多重签名的接收地址不是通常意义的地址，而是一个合成地址。若花费时需要提供m个签名中的n个，那么这种方式叫做n-of-m类型。可以说，P2SH交易类型的引入，使比特币系统可以实现一些简单的智能合约，增强了它的图灵性。

​ 在引入隔离见证（Segregated Witness）后，比特币的交易类型增加了P2WPKH（Pay-to-Witness-Public-Key-Hash）和P2WSH（Pay-to-Witness-Script-Hash）这两种。

比特币的交易记录的结构是什么样的？

# 交易记录的完整结构
class 交易数据结构:
    版本号 = 4 byte # 明确这笔交易参照的规则
    输入个数 = 1~9 byte # 被包含的输入数量
    
    输入列表 = 不定 # 一个或多个交易输入（块中第一块交易也叫Coinbase交易）
    class 输入字段数据结构:
        上一个交易的散列值（使用交易的散列值） = 32 byte # 对交易进行双重散列（SHA256）指向交易包含的被花费UTXO的散列指针
        输出索引 = 4 byte # 被花费UTXO的索引号，第一个是0
        解锁脚本长度 = 1~9 byte # 用字节表示后面的解锁脚本长度
        输入（解锁）脚本 = 变长 # 一个达到UTXO锁定脚本中条件的脚本
        序列号 = 4 byte # 一般是0xFFFFFFFF，除非lock_time>0
            
    输出个数 = 1~9 byte # 被包含的输出数量
    
    输出列表 = 不定 # 一个或多个交易输入（块中第一块交易的输出是挖矿奖励）
    class 输出字段数据结构:
        输出值 = 8 byte # 以聪为单位表示比特值
        锁定脚本长度 = 1~9 byte # 用字节表示后面的锁定脚本长度
        输出（锁定）脚本 = 变长 # 一个定义了支付输出所需条件的脚本
        
    锁定时间 = 4 byte # 如果锁定时间不为0且小于0xFFFFFFFF，那么可以设定交易的解锁条件，如块高度或时间

​ 使用bitcoin-core的getrawtransaction命令查看交易数据，以下是getrawtransaction命令返回数据的格式和数据含义。

{
    "hex":"data",   (string) The serialized, hex-encoded data for 'txid'
    "txid":"id",    (string) The transaction id (same as provided)
    "hash":"id",    (string) The transaction hash (differs from txid for witness transactions)
    "size":n,       (numeric) The serialized transaction size
    "vsize":n,      (numeric) The virtual transaction size (differs from size for witness transactions)
    "weight":n,     (numeric) The transaction's weight (between vsize*4-3 and vsize*4)
    "version":n,    (numeric) The version
    "locktime":ttt, (numeric) The lock time
    "vin":[         (array of json objects)
        {
            "txid":"id",    (string) The transaction id
            "vout":n,       (numeric)
            "scriptSig":{   (json object) The script
                "asm":"asm",    (string) asm
                "hex":"hex",    (string) hex
            },
            "sequence":n,   (numeric) The script sequence number
            "txinwitness":["hex", ...] (array of string) hex-encoded witness data (if any)
        }
        ,...
    ],
   "vout":[     (array of json objects)
        {
            "value":x.xxx,      (numeric) The value in " + CURRENCY_UNIT + "
            "n":n,              (numeric) index
            "scriptPubKey":{    (json object)
                "asm":"asm",    (string) the asm
                "hex":"hex",    (string) the hex
                "reqSigs":n,    (numeric) The required sigs
                "type":pubkeyhash, (string) The type, eg 'pubkeyhash'
                "addresses":[   (json array of string)
                    "adress"    (string) bitcoin address
                    ,...
                ]
            }
        }
        ,...
   ],
   "blockhash":"hash",      (string) the block hash
   "confirmations":n,       (numeric) The confirmations
   "time":ttt,              (numeric) The transaction time in seconds since epoch (Jan 1 1970 GMT)
   "blocktime":ttt          (numeric) The block time in seconds since epoch (Jan 1 1970 GMT)

​ 通过028cfae228f8a4b0caee9c566bd41aed36bcd237cdc0eb18f0331d1e87111743这个交易ID分析交易的结构

# ~ bitcoind getrawtransaction 028cfae228f8a4b0caee9c566bd41aed36bcd237cdc0eb18f0331d1e87111743 1
{ 
"hex" : # (字符串)序列化的16进制编码的交易'txid'数据
"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", 

"txid" : # （字符串）交易索引（和传入的一样）
"028cfae228f8a4b0caee9c566bd41aed36bcd237cdc0eb18f0331d1e87111743", 
"version" : 1, # （数字）版本
"locktime" : 0, # （数字）锁定时间
"vin" : [ # （json对象数组）
    { 
        # （字符串）交易索引
        "txid" : "b79a4803014177ea0139c95f09c6903c01bb8f80d039631afd68cabf7eb0f3c9", 
        # （数字）
        "vout" : 0, 
        # （json对象）脚本
        "scriptSig" : { 
            # （字符串）脚本公钥和签名
            "asm" : "3044022055bac1856ecbc377dd5e869b1a84ed1d5228c987b098c095030c12431a4d5249022055523130a9d0af5fc27828aba43b464ecb1991172ba2a509b5fbd6cac97ff3af01 048aefd78bba80e2d1686225b755dacea890c9ca1be10ec98173d7d5f2fefbbf881a6e918f3b051f8aaaa3fcc18bbf65097ce8d30d5a7e5ef8d1005eaafd4b3fbe", 
            # （字符串）16进制公钥
            "hex" : "473044022055bac1856ecbc377dd5e869b1a84ed1d5228c987b098c095030c12431a4d5249022055523130a9d0af5fc27828aba43b464ecb1991172ba2a509b5fbd6cac97ff3af0141048aefd78bba80e2d1686225b755dacea890c9ca1be10ec98173d7d5f2fefbbf881a6e918f3b051f8aaaa3fcc18bbf65097ce8d30d5a7e5ef8d1005eaafd4b3fbe" 
            }, 
        "sequence" : 4294967295 # （数字）脚本序列号，4294967295=0xffffffff
    }, 

    { 
        "txid" : "b79a4803014177ea0139c95f09c6903c01bb8f80d039631afd68cabf7eb0f3c9", 
        "vout" : 1, 
        "scriptSig" : { 
            "asm" : "304402206b993231adec55e6085e75f7dc5ca6c19e42e744cd60abaff957b1c352b3ef9a022022a22fec37dfa2c646c78d9a0753d56cb4393e8d0b22dc580ef1aa6cccef208d01 042ff65bd6b3ef04253225405ccc3ab2dd926ff2ee48aac210819698440f35d785ec3cec92a51330eb0c76cf49e9e474fb9159ab41653a9c1725c031449d31026a", 
            "hex" : "47304402206b993231adec55e6085e75f7dc5ca6c19e42e744cd60abaff957b1c352b3ef9a022022a22fec37dfa2c646c78d9a0753d56cb4393e8d0b22dc580ef1aa6cccef208d0141042ff65bd6b3ef04253225405ccc3ab2dd926ff2ee48aac210819698440f35d785ec3cec92a51330eb0c76cf49e9e474fb9159ab41653a9c1725c031449d31026a" 
            }, 
        "sequence" : 4294967295
    }, 

    { 
        "txid" : "da30b272fb73d78108ff80ddd1ac2f76419533af79ad06a5b3c70fc4a62086c9", 
        "vout" : 1, 
        "scriptSig" : { 
            "asm" : "3045022040a5d957e087ed61e80f1110bcaf4901b5317c257711a6cbc54d6b98b6a8563f02210081e3697031fe82774b8f44dd3660901e61ac5a99bff2d0efc83ad261da5b4f1d01 04a7d1a57e650613d3414ebd59e3192229dc09d3613e547bdd1f83435cc4ca0a11c679d96456cae75b1f5563728ec7da1c1f42606db15bf554dbe8a829f3a8fe2f", 
            "hex" : "483045022040a5d957e087ed61e80f1110bcaf4901b5317c257711a6cbc54d6b98b6a8563f02210081e3697031fe82774b8f44dd3660901e61ac5a99bff2d0efc83ad261da5b4f1d014104a7d1a57e650613d3414ebd59e3192229dc09d3613e547bdd1f83435cc4ca0a11c679d96456cae75b1f5563728ec7da1c1f42606db15bf554dbe8a829f3a8fe2f" 
            }, 
        "sequence" : 4294967295 
    } 
], 

"vout" : [ 
    { 
        "value" : 0.84000000, # （数字）以BTC为单位的金额
        "n" : 0, # （数字）索引/序号
        "scriptPubKey" : 
        { 
            "asm" : "OP_DUP OP_HASH160 634228c26cf40a02a05db93f2f98b768a8e0e61b OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG", 
            "hex" : "76a914634228c26cf40a02a05db93f2f98b768a8e0e61b88ac", 
            "reqSigs" : 1, 
            "type" : "pubkeyhash", 
            "addresses" : [ 
                "1A3q9pDtR4h8wpvyb8SVpiNPpT8ZNbHY8h" 
                ] 
        } 
    }, 

    { 
        "value" : 156.83000000, 
        "n" : 1, 
        "scriptPubKey" : { （json对象）
            # （字符串）脚本公钥
            "asm" : "OP_DUP OP_HASH160 7514080ab2fcac0764de3a77d10cb790c71c74c2 OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG", 
            # （字符串）16进制公钥
            "hex" : "76a9147514080ab2fcac0764de3a77d10cb790c71c74c288ac", 
            "reqSigs" : 1, # （数字）需要的签名
            "type" : "pubkeyhash", # （字符串）类型，例‘pubkeyhash’
            "addresses" : [ # （json字符串数组）
                "1Bg44FZsoTeYteRykC1XHz8facWYKhGvQ8" # （字符串）比特币地址 
                ] 
        } 
    } 
], 
# （字符串）区块哈希
"blockhash" : "0000000000007c639f2cbb23e4606a1d022fa4206353b9d92e99f5144bd74611", 
"confirmations" : 147751, # （数字）确认数
"time" : 1301705313, # （数字）从格林尼治时间 1970-01-01 00:00:00 开始以秒为单位的交易时间
"blocktime" : 1301705313 # （数字）从格林尼治时间 1970-01-01 00:00:00 开始以秒为单位的区块创建时间
} 

什么是UTXO？

​ 比特币交易中的“花费”是未经使用的一个交易输出，称作UTXO（Unspend Transaction Output）。

​ 比特币中没有账户的概念，使用类似交易流水的方式记录比特币的去向。如果要知道一个地址目前有多少比特币可以用，就要查找过去所有交易中转入这个地址的UTXO然后相加。并且任何一笔UTXO只能使用一次，在使用的过程中会花费一个或多个UTXO，同时也会产生一个或多个UTXO。

​ 如果Alice的地址存在两个UTXO，一个UTXO是Calor转入的3BTC，一个是Dave转入的2BTC。这时Alice想向Bob转入4.5BTC，那么Alice构造的交易中input就包括两笔交易的txid，这两笔是Calor和Dave转给Alice BTC所产生的。两笔交易加在一起就有5BTC的输入，但是Alice只需要给Bob转4.5BTC，这时Alice构造的交易就有两笔output，一笔给Bob的4.5BTC，一笔给自己的0.5BTC。

​ 完成转账后Alice使用过的两个UTXO就消耗掉了，因为矿工在挖矿时会验证UTXO是否之前被使用过。但是也生成了新的一笔转给Alice 0.5BTC的UTXO。