比特币的交易-电子货币(二)

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蔣宏伟
2017.12.20 22:09* 字数 1674

在上篇文章中,着重介绍了数字签名,在这篇文章中,深入到比特币交易源码的部分进行探究,并回答以下问题:

  • 如何给电子货币一个单位。
  • 如何将一个电子货币进行分割成多个电子货币。
  • 如何将多个电子货币进行整合成一个电子货币。
  • 如何表示一个没有被花费电子货币。
  • 电子货币的交易流程是什么。

定义

有一些关键词,翻译成中文后,完全失去了原来的意思了。本文约定关键词如下:

  • inputs: 交易输入的集合,由一个或多个 input 组成
  • input: 一个交易输入。一个交易输入通常是由一个 UTXO 和数字签名等信息组成
  • outputs: 交易输出的集合
  • output: 交易输出的新的电子货币。通常是由电子货币的值和验证数字签名的脚本组成
  • double-spend: 双花。一枚电子货币可能被两次或多次
  • UTXO: Unspent Transaction Output 的缩写。通常引用一个 output
  • tx: Bitcoin transaction 的缩写。交易。
  • txid: Transaction id 的缩写。指的是交易的 hash 值。
  • satoshi: 1 BTC = 100,000,000 satoshi

电子货币

比特币白皮书中对电子货币进行了定义:

将一枚电子货币定义为数字签名链( a chain of digital signatures)。电子货币从所有者转移给下一个人是通过,所有者使用私钥,对交易 Transactions 和下一个人的公钥进行数字签名,并将数字签名附在这枚电子货币(数字签名链)的后面。收款人对数字签名进行检验,就能校验自己是否收到了电子货币。

一枚电子货币,从被创造出来开始,在不断地被交易,被附上数字签名。我们可以等价的认为一枚电子货币,就是一条数字签名链。如:

  1. Owner 0 将他的数字签名和 Owner 1 的公钥附在了第一笔交易的尾端(从左到右)
  2. 比特币系统验证无误后,这枚电子货币就属于了 Owner 1。
  3. 此时 Owner 1 拥有的电子货币为: ... => Owner 0
  4. Owner 1 将他的数字签名和 Owner 2 的公钥附在了第二笔交易的尾端
  5. 比特币系统验证无误后,这枚电子货币就属于了 Owner 2。
  6. 此时 Owner 2 拥有的电子货币为: ... => Owner 0 => Owner 1
  7. 第三笔交易也是类似...
image.png

使用电子货币进行交易

在比特币中,一枚电子货币的价值由 value 来衡量,单位是 satoshi。1 BTC = 100,000,000 satoshi。一笔交易本质就是价值的转移,即所有者对他的一枚或多枚电子货币进行数字签名,即 inputs。比特币系统验证后,创建一枚或多枚属于收款人的电子货币,即 outputs。注意一枚电子货币,就像一张人民币一样,不能撕开成两半用,但是可以将其兑换成若干个等值的电子货币。

举个例子:Alice 支付 Bob 价值 0.2 BTC 的电子货币,Bob 收到一个 0.15 BTC 的电子货币,并且找零给 Alice 一个 0.05 BTC 的电子货币。

  1. Alice 创建一次交易。
  2. Alice 选择一枚价值 0.2 BTC 的电子货币作为本次交易的 inputs。
  3. Alice 付给 Bob 一枚价值 0.15 BTC 的电子货币,并找零给自己 0.05 BTC 的电子货币,这部分是本次交易的 outputs。
  4. 比特币系统验证通过后,Bob 就收到了一枚 0.15 BTC 的电子货币。
image.png

当这笔交易结束后,Alice 那一枚 0.2 BTC 的电子货币,就被比特币系统这个“造币厂”作废了,而“造币厂”同时发行两枚新的电子货币,一枚 0.15 BTC 的电子货币给了 Bob,一枚 0.05 BTC 的电子货币找零给了 Alice。只有不被“造币厂”作废的电子货币,才能用于交易,这样就能够防止 double-spend。“造币厂”发行的电子货币称为 output,其中,没有作废的电子货币称为 Unspent Transaction Output,缩写为 UTXO。

交易的数据格式

下图这是一笔早期比特币交易。

image.png

主要包含四个独立的部分:

  • 黄色部分表示的是:hash - txid(Transaction ID)
  • 蓝色大括号表示的是:交易的描述信息和元数据
  • 粉红色部分表示的是:inputs
  • 绿色部分表示的是:outputs

transaction 的一般格式

名称 描述
version 比特币系统的版本号
hash 本次交易的 hash 值
inputs 由 input 组成的数组
outputs 由 output 组成的数组
lockTime 值为 0,立刻执行交易;值不为 0,在指定区块高度或时间戳执行交易。

output 的数据格式

名称 描述
value 电子货币的价值,单位 BTC
scriptPubKey 通常是收款人公钥等组成的锁定脚本

input 的数据格式

名称 描述
prevTxId 上一笔交易的 hash 值
outputIndex 上一笔交易 outputs 的 index
scriptSig 通常由付款人的数字签名和收款人的公钥等组成的解锁脚本。

注意,input 实际上是一个引用。在计算交易时,是通过 prevTxId 和 outputIndex 属性,找到上次交易的 output 作为本次交易实际的 input。这样,每一个Tx Input都和之前的某个Tx Output关联了起来。这就在代码层面上定义了一条数字签名链即一枚电子货币。

image.png

虽然本节谈论的是电子货币,但重心却在于交易,这是因为货币本身依附于交易而存在的。

我是这样理解的货币的。财富是一切能够满足人类物质需求和精神需求的事物。在财富的需求端,人类对财富的种类需求各式各样,张三需要吃饱,李四想要精神自由。在财富的生产端,由于生产要素的不同和社会分工的存在,生产的财富种类也各式各样。货币的诞生,就是是为了满足人类对财富交易的需求。因此我们可以说,货币的本源是交易,而不是一般等价物的本身。在探究比特币系统的实现上,我们也可以发现它淡化了“货币”的概念,专注于“交易”本身。

参考文章:

Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System

Transaction

How a Bitcoin Transaction Works

揭秘比特币和区块链(五):深入理解比特币交易的脚本

比特币源码研读班-蒋宏伟

区块链
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